СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №6-2013 by СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА журнал

6/2013

©СТА-ПРЕСС

2013

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

www.soel.ru

©СТА-ПРЕСС

Светодиодные кластеры XLD-Line6

для декоративного освещения

Светодиодные кластеры серии XLD-Line6 предназначены для подсветки витрин, карнизов, декоративного освещения, дизайнерской и рекламной подсветки. Широкий ассортимент, возможность деления, простота наращивания и подключения делают кластеры удобными для реализации проектов любого уровня сложности.

Преимущества Использование для замены светильников с лампами Высокий световой поток Деление на отрезки 70 мм Простота подключения благодаря специальным разъёмам Коммутация кластеров в линию произвольной длины Широкий диапазон рабочих температур –40…+70°С Срок службы не менее 50 000 часов ОФИЦИАЛЬНЫЙ ДИСТРИБЬЮТОР ПРОДУКЦИИ XLIGHT

Тел.: (495) 232-1652

info@xlight.ru

www.xlight.ru

©СТА-ПРЕСС

– – – – – – –

№ 6, 2013 Издаётся с 2004 года

6/2013 Contents MARKET

Главный редактор Алексей Смирнов Редакционная коллегия Александр Балакирев, Андрей Данилов, Андрей Туркин, Виктор Жданкин, Сергей Сорокин, Рифат Хакимов Литературный редактор Ольга Семёнова

News from the Russian Market . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Creation of the Highest Class Connectors for Protection and Development of Russia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

ELEMENTS AND COMPONENTS

Ways of Development of Rectangular Low%Frequency Connectors Production in Russia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Modern 32%bit ARM Microcontrollers Series STM32. The System Clock . . .

Вёрстка Олеся Фрейберг Обложка Дмитрий Юсим Распространение Ирина Лобанова (info@soel.ru) Реклама Ирина Савина (advert@soel.ru)

Alexey Eremin, Aleksandr Kiselev, Alexey Shadrin

Oleg Val’pa

The Powerful LED from Philips Lumileds – from Sources to Market Novelties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Igor Mateshev, Alina Mulenkova, Andrey Turkin, Konstantin Chamkov DEVICES AND SYSTEMS

StackPC form Factor – New Approach to Development of Built%in Modules and Systems. Part 2. The StackPC Standard and Systems on its Basis (continuation) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Alexey Sorokin

The ARM Platform Opens New Prospects of Development «Computer on the Module» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Aleksandr Kovalev Издательство «СТА%ПРЕСС»

DC/DC Converters of the Class Industrial of Production of the TESLA Electric Company . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 Aleksandr Goncharov, Sergey Dovbishev

Power Supplies of TOELLNER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Power Industry Application of the Westcor Series Power Supplies of the Vicor Company . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Производственно0практический журнал Выходит 9 раз в год Тираж 10 000 экземпляров Журнал зарегистрирован в Федеральной службе по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охране культурного наследия (свидетельство ПИ № ФС77018792 от 28 октября 2004 года) Свидетельство № 002710000 о внесении в Реестр надёжных партнеров Торгово0промышленной палаты Российской Федерации Цена договорная

Отпечатано: ООО ПО «Периодика» Адрес: 105005, Москва, Гарднеровский пер., д. 3, стр. 4 http://www.printshop13.ru

Перепечатка материалов допускается только с письменного разрешения редакции. Ответственность за содержание рекламы несут рекламодатели. Ответственность за содержание статей несут авторы. Материалы, переданные редакции, не рецензируются и не возвращаются. © СТА0ПРЕСС, 2013

Ekaterina Vetoshkina

Ruslan Skrishevskiy

Frequency Domain Measurements: Spectrum Analyzer or Oscilloscope?. . .

Donald Vanderweit

The Fiber%Optical Sensor of Accelerations with a Cylindrical Lens . . . . . . .

Tatiana Murashkina, Kirill Serebriykov, Olga Jurova, Aleksandr Udalov, Anton Zhevelev ENGINEERING SOLUTIONS

Heating System on the Basis of a Temperature Regulator of METAKON%562 and ATMEL Firm Microcontrollers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Sergei Shishkin

Overcoming the Limitations of Copper FPGA Technology Integration and Optical Transceivers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Vladimir Vychuzhanin THEORY

High Temperature, High Power RF Life Testing of GaN on SiC RF Power Transistors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Brian Barr, Dan Burkhard EVENTS

Tektronix%Fluke: Information «First%Hand» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Altium Carries on Dialogue with Users According to the Russian Standards

76 78

SEMICON Russia 2013: New Level . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

WWW.SOEL.RU

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

©СТА-ПРЕСС

Директор Константин Седов Почтовый адрес: 119313, Москва, а/я 26 Телефон: (495) 23200087 Факс: (495) 23201653 Сайт: www.soel.ru E0mail: info@soel.ru

Содержание 6/2013 ПОДПИСКА НА ЖУРНАЛ

РЫНОК

4 Новости российского рынка 8 Создание соединителей высочайшего класса для защиты и развития России ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ

12 Пути развития производства прямоугольных низкочастотных соединителей в России Алексей Ерёмин, Александр Киселев, Алексей Шадрин

18 Современные 32 разрядные ARM микроконтроллеры серии STM32: система тактирования Олег Вальпа

24 Мощные светодиоды Philips Lumileds – от истоков до новинок рынка Игорь Матешев, Алина Муленкова, Андрей Туркин, Константин Шамков ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ

30 Форм фактор StackPC – новый подход к разработке встраиваемых модулей и систем. Часть 2. Стандарт StackPC и системы на его основе (продолжение)

Редакция гарантирует только отправку журнала бесплатному подписчику, но не может гарантировать его доставку. Риск пропажи журнала можно уменьшить. Во(первых, можно обратиться в отдел доставки вашего почтового отделения и оформить получение журнала до востребования. Во(вторых, можно оформить платную подписку на журнал, и в этом случае почта будет нести ответственность за его доставку. ПЛАТНАЯ ПОДПИСКА

Алексей Сорокин

36 Платформа ARM открывает новые перспективы развития «компьютеров на модуле» Александр Ковалёв

42 DC/DC преобразователи класса Industrial производства компании TESLA Electric Александр Гончаров, Сергей Довбышев

Преимущества: • подписаться может любой желающий, тогда как бесплатная подписка оформляется только для специалистов в области электроники. Поступающие в редакцию подписные анкеты тщательно обрабатываются, и часть их отсеивается; • журнал будет гарантированно доставлен, тогда как при бесплатной подписке редакция гарантирует только отправку, но не доставку журнала;

46 Источники питания от компании TOELLNER Екатерина Ветошкина

50 Применение в электроэнергетике источников питания серии Westcor от компании Vicor

• эту подписку могут оформить иностранные граждане.

«Роспечать»

Руслан Скрышевский

54 Измерения в частотной области: анализатор спектра или осциллограф? Дональд Вандервейт

58 Волоконно оптический датчик ускорений с цилиндрической линзой Татьяна Мурашкина, Кирилл Серебряков, Ольга Юрова, Александр Удалов, Антон Щевелёв ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ

Оформить платную подписку можно в почтовом отделении через агентство «Роспечать». Тел.: (495) 921(2550. Факс: (495) 785(1470 Подписаться можно как на 6 месяцев, так и на год. Подписные индексы по каталогу агентства «Роспечать»: на полугодие – 46459, на год – 36280. Кроме того, можно оформить платную подписку через альтернативные подписные агентства.

60 Система обогрева на базе терморегулятора МЕТАКОН 562 и микроконтроллеров фирмы ATMEL Сергей Шишкин

«Агентство “ГАЛ”»

68 Преодоление ограничений медных технологий интеграцией FPGA и оптических приёмопередатчиков Владимир Вычужанин

Tел.: (495) 981(0324, (800) 555(4748 http://www.setbook.ru

«Интер Почта 2003» Тел./факс: (495) 500(0060; 788(0060 interpochta@interpochta.ru http://www.interpochta.ru

ВОПРОСЫ ТЕОРИИ

72 Ресурсные испытания мощных GaN транзисторов на подложке SiC (при высокой температуре и большой мощности СВЧ) Брайан Барр, Дэн Буркхард СОБЫТИЯ

«Урал Пресс» Тел.: (495) 961(2362 http://www.ural(press.ru

Читатели из дальнего зарубежья могут оформить подписку через агентство

78 Altium ведёт диалог с пользователями по российским стандартам 80 SEMICON Russia 2013 вышла на новый уровень WWW.SOEL.RU

«МК Периодика» Тел.: +7 (495) 672(7012 Факс: +7 (495) 306(3757 info@periodicals.ru

©СТА-ПРЕСС

76 Дуэт Tektronix Fluke: информация «из первых рук»

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

Число бесплатных подписчиков журнала «Современная электроника» неуклонно растёт, соответственно растёт и число рассылаемых по почте журналов. Безусловно, нам приятно осознавать рост читательского интереса к нашему журналу. Но вместе с тем, всё больше подписчиков сообщают нам о фактах пропажи журнала на почте или из почтового ящика.

РЫНОК

На правах рекламы

Новости российского рынка САПР Специальное предложение: OrCAD/Allegro PCB Designer со скидкой до 50% Американская компания Cadence Design Systems объявила о программе приобрете ния пакетов проектирования печатных плат OrCAD/Allegro PCB Designer и опций к ним на специальных условиях со скидкой до 50%. Акция пройдёт с 1 июня по 31 августа 2013 года. Среди предлагаемых опций: ● обновление старых версий OrCAD PCB Designer и Allegro PCB Design – L CIS/HDL до последней версии сквозной системы проектирования печатных плат верхнего уровня Allegro PCB Designer 16.6; ● обновление системы анализа целостнос ти сигналов с версии Allegro PCB SI – L, XL до Allegro PCB SI GXL 16.6. Анализ це лостности сигналов и распределённой системы питания и заземления является обязательным этапом работы над высо коскоростными печатными платами. Allegro PCB SI GXL обладает самым ши роким набором средств моделирования на пред и посттопологическом уровне. Allegro PCB SI тесно интегрирован с сис темой ввода проекта Allegro Design Entry CIS, Allegro Design Authoring (бывший Concept HDL) и редактором топологии Allegro PCB Editor;

OrCAD/Allegro Auto Interactive Option – оп ция расширения автоматического бессе точного трассировщика до 256 слоёв. По мимо увеличения количества слоёв, поз воляет использовать дополнительную группу правил для соблюдения парамет ров DFM, использовать автоматическую генерацию тестовых точек, а также трас сировать каждый слой с набором специ фических правил проектирования; ● OrCAD FPGA System Planner – програм ма для оптимизации многовыводных ПЛИС под печатную плату. Даёт возмож ность на уровне интерфейсов объеди нять ПЛИС и подключаемые устройства, например, модули памяти. OrCAD FPGA System Planner позволяет кардинально снизить время на обеспечение оптималь ной трассировки ПЛИС на печатной пла те, снизить количество слоёв и решить проблемы целостности сигналов. Про грамма имеет прямой интерфейс с OrCAD/Allegro PCB Editor и со схем ным редактором Design Entry CIS (OrCAD Capture). Поставка предлагаемого САПР по ак ции возможна только через официально го дистрибьютора Cadence – компанию «Оркада». www.orcada.ru Тел.: +7 (499) 136 3213, +7 (495) 943 5032 ●

●

Allegro PCB RF option – опция проектиро вания радиочастотных и СВЧ цепей. Учи тывая специфику радиочастотных компо нентов на печатной плате, опция Allegro PCB RF предлагает уникальную возмож ность проектирования печатной платы, исходя не из принципиальной схемы, а из топологии, когда при создании или до бавлении на плату новых радиочастот ных элементов генерируются и вносятся в электрическую принципиальную схему Allegro DE HDL соответствующие эле менты и изменения параметров. Опция Allegro PCB RF также поддерживает раз личные потоки проектирования, взаимо действующие со средствами разработ ки и анализа компании Agilent; Allegro PCB Team Design option – опция параллельной коллективной разработки. Технология Allegro PCB Team Design ре ализует многопользовательскую парал лельную методологию разработки для ускорения процесса проектирования. С её помощью множество разработчиков могут работать одновременно, имея до ступ к общей базе данных. Разработчики могут разделять процесс проектирова ния на ряд задач или областей, для кото рых будут производиться компоновка и редактирование, и поручать их несколь ким членам коллектива;

Новый векторный рефлектометр СABAN R140 от «ПЛАНАР» Компания «ПЛАНАР» приступила к вы пуску новой модели векторных рефлекто метров CABAN R140 с диапазоном рабочих частот от 85 МГц до 14 ГГц. Управление и питание прибора осуществляется от внешнего компьютера по USB интерфейсу. CABAN R140 обладает всеми современны ми функциями подобных приборов и обес печивает высокую точность измерений. Благодаря малым габаритам (123 × 55 × × 23 мм), небольшому весу (0,3 кг) и по

требляемой мощности, не превышающей 3 Вт, прибор становится весьма привлека тельным для специалистов. Интерфейс программного обеспечения CABAN R140 адаптирован к современным портативным планшетным компьютерам и ноутбукам. Отличительной особенностью CABAN R140 является возможность непосредственного подключения его к измеряемому устройст ву без использования измерительного СВЧ кабеля. Это повышает точность изме рений, удешевляет эксплуатацию прибора и позволяет экономить время на процедуре калибровки, которую можно выполнять ре же и в удобных условиях. www.planar.chel.ru Тел.: 8 (351) 729 9777

Система активной фильтрации гармонических составляющих от компании Schaefer Компания Schaefer предлагает систему активной фильтрации гармонических со ставляющих серии PB для высотных зда ний, а также для систем автоматизации,

WWW.SOEL.RU

воздушных турбин и других промышлен ных применений. Фильтр контролирует токовый сигнал и компенсирует нежела тельные составляющие измеряемого тока. Таким образом, фильтр гарантирует подав ление гармоник независимо от числа на грузок. Более того, фильтр корректирует коэффициент мощности, улучшая эффек тивность системы наряду с уменьшением гармонических составляющих. Особенности: ● модульная система с расширением от 60 до 300 A; ● коррекция гармоник для 3 и 4 провод ных систем; ● вплоть до 50 й гармоники возможен вы бор каждой гармоники отдельно; СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

©СТА-ПРЕСС

Приборы и системы

РЫНОК

На правах рекламы

Новости российского рынка

● ●

●

● ● ●

●

● ●

●

частота 50/60 Гц ±3%; время отклика: 21 мкс (реакция на резкое изменение нагрузки); время установления в установившееся состояние: менее 300 мкс (время сраба тывания в установившемся состоянии до полной компенсации); частота переключения 24 кГц; частота управления 48 кГц; коррекция коэффициента мощности: полная компенсация индуктивной и реак тивной составляющей тока от 0 до 100%; ток перегрузки (А): 150; 300; 450; 600 и 750; токовый трансформатор: возможен вы бор источника или нагрузки, диапазон первичного тока 100…10 000 A, вторич ный ток 1 A; вес одного модуля 60 кг; размеры одного модуля (Ш × Г × В): 19" × × 678 × 5 U; температура окружающей среды: –10….+40°C (при полной нагрузке), до +55°C снижение мощности 2%/K; охлаждающие вентиляторы с регулируе мой скоростью вращения: цифровой алгоритм управления: алго ритм селективного прямого управления; компенсация до 49 й гармоники и инди видуально регулируемая степень ком пенсации; функции управления: компенсация гар моник; компенсация реактивной мощнос ти (настраиваемый коэффициент мощ ности) и подача реактивной мощности (перекомпенсация).

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

●

Предусмотрена модульная система: PB 10060 (60 А) – 1 модуль, 1 модуль датчика, 1 дисплей; PB 10120 (120 А) – 2 модуля, 1 блок дат чика, 1 дисплей; PB 10180 (180 A) – 3 модуля, 1 блок дат чика, 1 дисплей; PB 10240 (240 A) – 4 модуля, 1 блок дат чика, 1 дисплей; PB 10300 (300 А) – 5 модулей, 1 блок датчика, 1 дисплей. www.prosoft.ru Тел.: +7 (495) 234 0636 ●

Электронная нагрузка с жидкостным охлаждением для нагрузок до 40 кВт Электронная нагрузка серии LW5100 с жидкостным охлаждением, предлагаемая немецкой компанией Schaefer, обеспечи вает широкий диапазон режима работы до 400 В / 750 A. Небольшие размеры обеспечивают высокую удельную мощ ность в сочетании с простотой в эксплуа тации. Там, где тепло и шум вентиляторов недопустимы, эта нагрузка предлагает идеальное решение – например, лабо ратории или испытательные залы. Благо даря возможности параллельного под ключения модулей номинальная мощ ность может быть увеличена до 40 кВт с возможностью контролирования через один интерфейс. Основные характеристики: ● регулирование напряжения, тока, мощ ности и сопротивления; ● широкий рабочий диапазон одного моду ля: до 400 В / 750 A; ● параллельное включение до 4 моду лей для повышения нагрузочной спо собности; ● уменьшенное потребление воды, зави сящее от выходной мощности и темпера туры поступающей воды; ● интерфейс CAN для управления и теку щего контроля; ● защита от теплового перегрева; ● определение ёмкости батарей в А•ч (ба тарейный тестер)/проверка батарей, на ходящихся в эксплуатации учитывает фактические токи нагрузки дополнитель ным входом для датчика тока; ● программируемые пределы отключе ния для исключения полного разряда батареи. Технические параметры: ● диапазон входных напряжений 12…400 В постоянного тока; ● ток нагрузки 1…750 A; ● мощность в нагрузке 10 кВт (макс.); WWW.SOEL.RU

●

● ● ●

●

● ● ●

●

вспомогательное входное напряжение 100…240 В / 2 A, 50/60 Гц; структура ведущий/ведомый – расширя емость до 40 кВт; интерфейс CAN Bus; диапазон рабочих температур 0…+50°C; температура охлаждающей жидкости до +35°C; давление охлаждающей жидкости до 6 бар; диапазон температур хранения –20…+70°C (по заказу от –30 до +80°C); влажность до 95% (относительная, без конденсации влаги); безопасность EN 60950 1/EN 50178; степень защиты IP20; стабилизация: постоянное напряжение (CV), постоянный ток (CC), постоянное сопротивление (CR), постоянная мощ ность (CP); регулировка/управление: CV, CC, CR, CP программируются потенциометром на передней панели, внешним блоком управления (дистанционное управление) и CAN; сигнал запрета выбирается кнопкой на передней панели, внешним блоком управления (дистанционное управление) и CAN; модуляция напряжения, тока, мощности – использованием внутреннего сигнала; смещение, амплитуда и частота регули руются; индикация действительных значений напряжения, тока, сопротивления и мощ ности, температуры – посредством ЖК дисплея; контроль действительных значений на пряжения, тока и мощности сигналами 0…10 В, 4…20 мА или 0…20 мА и CAN; управление внешними линейными клапанами для охлаждения жидкости 0…10 В /10 мА (макс.); мощность увеличивается параллельным включением до 4 модулей (40 кВт). www.prosoft.ru Тел.: +7 (495) 234 0636

©СТА-ПРЕСС

сверхбыстрая компенсация реактивной мощности; ● компенсация фликер шума; ● симметрирование нагрузки между фазо вым и ненагруженным нейтральным про водом; ● определение резонансной частоты энер гетической системы; ● межсистемная связь посредством Ether net и Ethercat; ● дисплейный блок управления, блок ак тивного датчика, ModBus. Технические характеристики (входные и выходные параметры): ● возможности подключения: 3 проводная (3 фазы) и 4 проводная (3 фазы и ней тральный провод); ● компенсационный ток фазы (А): 60; 120; 180; 240 и 300; ● компенсационный ток нейтрального про вода (А): 180; 360; 540; 720 и 900; ● входное напряжение: 3 проводное под ключение (200…480 В ±10%) и 4 провод ное подключение (200…400 В ±10%); ●

РЫНОК

На правах рекламы

Ультрапрецизионный термостатированный кварцевый генератор ГК290 ТС с цифровым управлением ОАО «МОРИОН» (Санкт Петербург) – ведущее предприятие России и один из ми ровых лидеров в области разработки и се рийного производства пьезоэлектронных приборов стабилизации и селекции часто ты – представляет новый ультрапрецизион ный термостатированный кварцевый гене ратор ГК290 ТС.

Данный генератор выпускается в катего рии качества «ВП» на частоты 5 и 10 МГц и обеспечивает высокую стойкость к жёст ким условиям эксплуатации. ГК290 ТС выполнен в стандартном корпусе 50,8 × 50,8 мм и высотой 25,4 мм с возмож ностью крепления на шасси. Данный тип ге нератора обеспечивает высокий уровень тем пературной нестабильности частоты: ±2 × × 10–10 для интервала температур –50…+60°С (3,5 × 10–12 / °C) и ±5 × 10–11 для интервала тем ператур –10…+55°С (3,0 × 10–12 / °C). Генера торы обеспечивают долговременную ста бильность частоты на уровне ±1 × 10–10 / сут ки и ±2 × 10–8 / год. Генератор выпускается с напряжением питания 12 В и SIN выходным сигналом. Отличительной особенностью ГК290 ТС является цифровое управление частотой генератора по SPI интерфейсу. Также ге нератор обеспечивает уровень кратковре менной нестабильности частоты менее 2,0 × 10–12 за секунду. Ко м п л е кс п а р а м е т р о в г е н е р а т о р а ГК290 ТС позволяет применять его в раз личных видах аппаратуры навигации и синхронизации. www.morion.com.ru Тел.: +7 (812) 350 7572, +7 (812) 350 9243

Газовые датчики Winsen – 10 лет! Опираясь на богатый производственный опыт и собственные технологии производ ства, компания Winsen за 10 лет выросла в высокотехнологичное предприятие, специ ализирующееся на разработке, производ стве и продаже различных датчиков газа.

Широчайший ассортимент датчиков и сенсоров позволяет компании занимать лидирующие позиции на рынке, обеспечи вая идеальные решения для клиентов в различных областях. Наиболее популярные полупроводнико вые газовые датчики, где, в основном, при меняется чувствительный материал на ос нове SnO2, имеющий низкую проводимость в чистом воздухе, которая растёт при появ лении детектируемого горючего газа. С об наружением утечки горючего газа в домаш них условиях, в цехе или в промышленных зданиях отлично справляются каталитичес кие датчики. Электрохимические датчики газа помогают вовремя обнаружить появ ление токсичного газа в различных произ водственных процессах. Миниатюрные уни версальные интеллектуальные инфракрас ные газовые датчики отлично подходят для систем обогрева, вентиляции и кондициони рования воздуха. Пироэлектрические инф ракрасные датчики детектируют инфра красное излучение, основываясь на его тем пературной зависимости, такое свойство дало им широкое применение в устройствах безопасности, автоматике дверей, системах автоматического освещения и прочих уст ройствах с датчиками приближения.

Подробные характеристики датчиков газа и сенсоров, а также техническую документа цию можно найти на сайте производителя. http://gas sensor.ru Тел.: +7 (495) 795 0805

150 Вт источники питания AC/DC с сертификацией 80 Plus Silver Компания XP Power начала выпуск серии GCS150 – одноканальных 150 Вт источни ков питания (ИП) AC/DC, сертифицирован ных для применения в IT и медицинском оборудовании. Представленные модули со ответствуют жёстким требованиям к энер гетической эффективности и техническим условиям 80 Plus Silver, признанным на международном уровне. При встроенном активном корректоре ко эффициента мощности, ИП характеризуются значением КПД до 93%, а значение потреб ляемой в режиме холостого хода входной мощности не превышает 0,5 Вт. Сертифика WWW.SOEL.RU

ция 80 Plus Silver применяется для ИП, пред назначенных для использования в централь ных вычислительных средствах предприятия и центрах обработки и хранения данных. Серия GCS150 включает одноканальные модели с выходными напряжениями +12, +15, +24, +28 и +48 В, которые имеют до полнительный выходной канал 12 В для пи тания охлаждающего вентилятора. При конвекционном отводе тепла модули обес печивают в нагрузке до 110 Вт. Использо вание нагнетаемого воздушного потока 7 CFM или модели с установленным вентиля тором позволяет получить полную выход ную мощность 150 Вт. Наличие разнообраз ных конструктивных исполнений предостав ляют разработчикам много вариантов при встраивании в конечное устройство. Доступны модели в исполнении «открытый каркас» со стандартным размером платы 3" × × 5" (127 × 76,2 мм) или модели с установлен ными защитными крышками, с конвекцион ным охлаждением. Запроектированы также модели с установленными вентиляторами: на верхней плоскости или на торце корпуса. Диапазон рабочих температур (–40…+70°C) удовлетворяет требованиям большей части условий эксплуатации, при этом полная мощность обеспечивается до температурного порога +50°C. Наличие вхо дов с исполнениями класс I и класс II пре доставляют разработчику выбор в исполь зовании защитного подключения к земле или отказа от этого подключения в случае невозможности его использования. ИП се рии GCS150 соответствуют требованиям стандартов EN55011 и EN55022, ограниче ния по Class B в части кондуктивных и излу чаемых помех без применения дополни тельных фильтрующих компонентов. Серия GCS150 соответствует требовани ям к безопасности стандартов UL/EN/IEC 60950 1 и текущей 3 й редакции стандар тов безопасности для медицинского обору дования EN 60601 1, ANSI/AAMI/ES60601 1 и CSA22.22 No 60601 1. Модули обеспе чивают два средства защиты пациента (2 x MOPP) и снабжаются файлом управле ния рисками (по запросу). СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

©СТА-ПРЕСС

Новости российского рынка Элементы и компоненты

РЫНОК

На правах рекламы

Новости российского рынка

Новые 3,5" TFT ЖК дисплеи с повышенной яркостью Компания Raystar Optronics, Inc начала пос тавки новых моделей 3,5" TFT ЖК дисплеев серии RFC350L, которые совместимы с нахо дящимися в производстве моделями серии RFC35C, но имеют следующие отличия: ● длина плоского кабеля (FPC): RFC35C – FPC 55,72 мм, RFC350L – FPC 55,40 мм; ● длина FPC у RFC350L на 0,32 мм мень ше, чем у RFC35C; ● кристаллы светодиодов подсветки: RFC35C – 6 крис таллов (яркос ть 200–300 кд/м2), RFC350L – 6 кристаллов (яркость свечения экрана 350–500 кд/м2).

Новые стандартные модели Active Matrix E papers Компания RAYSTAR выпустила ряд но вых стандартных моделей для Active Matrix E Paper (AMEPD) – 1,4, 2 и 2,7". При производстве подложка TFT исполь зуется в качестве задней панели E paper. Модули AMEPD формируются добавлением плёнки e paper (электронная бумага) на верхнюю часть панели активной матрицы TFT и покрывает её защитным экраном. Каждая точка управляется отдельным сиг налом, так что конструкция может рассмат риваться в качестве графического вида E paper. Таким образом, AMEPD состоит из ITO (прозрачная плёнка на основе оксида ин дия и олова), E ink (электронные чернила), FPL, объединительной панели на основе ак тивной матрицы управляющих тонкоплёноч ных транзисторов (TFT). Модули могут по ставляться с платами управления (по заказу). Основные технические данные AMEPD: ● плёнка E INK; ●

●

Основные технические характеристики новой модели RFC350L: размер матрицы 320 × RGB × 240 точек; габаритные размеры (Ш × В × Г): 76,9 × × 63,9 × 7,3 мм; ● видимая область экрана 70,08 × 52,56 мм; ● шаг пиксела 0,073 × 0,219 мм; ● тип дисплея: TFT (Thin Film Transistor), негативный (светлые символы возникают на тёмном фоне), просветный; ● направление взгляда для считывания – 12 часов (сверху); ● направление взгляда, при котором про исходит инверсия шкалы уровней серого цвета – 6 часов (взгляд направлен снизу); ● тип подсветки: 6 кристаллов светодиодов белого свечения; ● интерфейс RGB с платой управления на модуле микроконтроллера. Дисплеи предназначены для применения в измерительных приборах, судовых нави гационных приборах, а также в потреби тельской электронной аппаратуре. Заказать представленные дисплеи можно у официального дистрибьютора продукции Raystar Optronics – компании ПРОСОФТ. www.prosoft.ru Тел.: (495) 234 0636 ● ●

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

●

р а з р е ш е н и е : 1 2 8 × 9 6 (PROG128096EBLSA00000), 200 × 96 (PROG200096EBLSA00000) и 264 × 176 (PROG264176EBLSA00000); размер: 1,44" (PROG128096EBLSA00000), 2" (PROG200096EBLSA00000) и 2,7" (PROG264176EBLSA00000); габаритные размеры, мм: 40,51 × 28,80 × × 1,00 (PROG128096EBLSA00000), 57,0 × × 28,8 × 1,0 (PROG200096EBLSA00000) и 70,42 ×45,80 ×1,00 (PROG264176EBLSA00000); рабочее поле, мм: 29,312 × 21,984 (PROG128096EBLSA00000), 45,8 × 21,984

(PROG200096EBLSA00000) и 57,288 × × 38,192 (PROG264176EBLSA00000); ● шаг пиксела: 0,229 × 0,229 (PROG128096EBLSA00000, PROG200096EBLSA00000) и 0,217 × × 0,217 (PROG264176EBLSA00000); ● глубина цвета 1 бит; ● коэффициент отражения 32%; ● контрастность 7 : 1; ● интерфейс SPI ● напряжение питания 3 В; ● диапазон рабочих температур 0…+50°C; ● диапазон температур хранения –20…+60°C. E paper на основе активной матрицы тон коплёночных транзисторов пригодны для промышленных и потребительских приме нений. Они предлагают сочетание низкой потребляемой мощности, высокой надёж ности, высокой контрастности и отсутствие задней подсветки, являясь тонкими и счи тываемыми в большей части условий. Со хранение изображения является важным в многочисленных промышленных примене ниях: дисплеи для фитнеса и здравоохра нения, ценники, торговые надписи, часы, медицинское оборудование и термостаты. www.prosoft.ru Тел.: +7 (495) 234 0636

WWW.SOEL.RU

©СТА-ПРЕСС

Вариант исполнения со входом дистан ционного включения/выключения досту пен: имеют дополнительное обозначение R в конце заказного кода. www.prosoft.ru Тел.: +7 (495) 234 0636

РЫНОК

ОАО «Карачевский завод “Электро деталь”» – предприятие, специализи рующееся на разработке и производ стве прямоугольных электрических соединителей специального и об щепромышленного назначения, при меняемых в различных сферах жиз недеятельности. Особое внимание уделяется производству и поставке продукции для предприятий военно промышленного комплекса с целью обеспечения выполнения Гособорон заказа. Завод быстро реагирует на все запросы клиентов, поддерживает до верие и уважение потребителей и партнёров. ОАО «Карачевский завод “Электро деталь”» основан в 1958 году, предпри ятие обладает колоссальным опытом, накопленным более чем за полвека успешной работы. С 2011 года «Элек тродеталь» входит в концерн «Радио электронные технологии» – интегри рованную структуру Государственной корпорации «Ростех». Прямоугольные электрические со единители относятся к одним из наи более массовых компонентов, исполь зуемых в радиоэлектронной аппарату ре, годовая потребность в которых сегодня составляет порядка 40–45 млн штук. На сегодняшний день существу ет множество научных программ и прикладных задач, для реализации и решения которых необходима радио

электронная аппаратура с большими техническими и функциональными возможностями, а соответственно и наличие качественной электронно компонентной базы для её производ ства, в том числе электрических соеди нителей. Продукция завода имеет широчай ший круг применения – от космичес кой и военной промышленности до производства медицинской и компью терной техники. Соединители должны соответствовать самым жёстким тре бованиям, таким как: низкие массога баритные характеристики, устойчи вость к действию агрессивных сред, надёжная работа в динамически не стабильных условиях, стойкость к воз действию специальных факторов. Кор пуса должны обеспечивать оптималь ную защиту от внешних физических и электромагнитных факторов. Ассор тиментный ряд включает более 22 000 типоконструкций соединителей, пред назначенных для самых разных целей. Многие из них соответствуют ино странным стандартам качества и на дёжности. За последние 15 лет Карачевским за водом «Электродеталь», совместно с ли дирующими отечественными пред приятиями в области авиации, кос моса, судо и машиностроения, ра диоэлектроники, было разработано и освоено в серийном производстве

WWW.SOEL.RU

более 30 типов (около 12 000 типо конструкций) высокотехнологичных соединителей, таких как СНП268, СНП333, СНП346, СНП350, СНП351, СНП389, СНП390, СНП391, СНП392, СНП393, СНП394, СНП395. Для при менения в электротехнических изде лиях общегражданского назначения выпускается соединитель для непосред ственного сочленения с медной ши ной – «Контакт Втычной» (номиналь ные токовые нагрузки до 625 А). Кроме этого, проведены работы по модерни зации, улучшению технических харак теристик и расширению потреби тельских свойств серийно выпускае мых электрических соединителей. Многообразие конструктивных видов соединителей – для любых вариантов монтажа (объёмного, печатного, пресс фит), с различными видами покрытия контактов (золото, серебро), корпусных и бескорпусных, комбинированных с низкочастотными, радиочастотными и силовыми контактами, помехозащи щённых, а также различающихся в зави симости от числа контактов, шага рас положения контактов, тока и напряже ния – позволяет успешно удовлетворять запросы самых требовательных потре бителей. Технологии соединения, ко торыми обладает Карачевский завод «Электродеталь» позволяют разработать соединители любого уровня сложнос ти и размера – суб и микроминиатюр ные с шагом расположения контактов до 0,5 мм; комбинированные, сочетаю щие в себе любые функциональные ви ды связей – электрические, пневмати ческие, оптические, гидравлические. Одним из приоритетов завода являет ся непрерывная работа над совершен ствованием характеристик произво димой продукции. Успешно ведутся и внедряются разработки по снижению массогабаритных показателей, улучше нию стабильности усилий сочленения расчленения соединителей, подбору оптимальных вариантов крепления, улучшению электрических и механи ческих свойств, повышению стойкости к воздействию внешних факторов. Успешное функционирование ра диоэлектронной аппаратуры в значи СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

©СТА-ПРЕСС

Создание соединителей высочайшего класса для защиты и развития России

тельной степени зависит от надёжнос ти электрических соединителей. Если учесть, что до 65% всех отказов радио электронной аппаратуры происходит из за нарушений электрических со единений, то становится ясно, на сколько большое значение они имеют в обеспечении надёжной работы. Осо бенно это касается устройств и систем стратегического значения, где непре рывное функционирование и сраба тывание по запросу является сущест венным требованием, не допускаются сбои в работе, условия эксплуатации могут быть чрезвычайно тяжёлыми, а технические неполадки влекут за со бой серьёзные экономические и поли тические последствия. Особое внимание на заводе уделяет ся качеству. Выпускаемая продукция полностью отвечает международному стандарту ISO 9001. Высокое доверие к надёжности и работоспособности со единителей подтверждается сертифи катами «Военэлектронсерт» и ГК «Рос атом». Более чем 1600 предприятий по всей стране и за рубежом сделали свой выбор в пользу продукции Ка рачевского завода «Электродеталь», с каждым годом их количество непре рывно растёт. «Электродеталь» участвует в Феде ральной целевой программе «Развитие электронной компонентной базы и ра диоэлектроники на 2008–2015 годы» в части технического перевооружения и модернизации производственных процессов на основе передовых тех нологий. Применяются прогрессив ные методики конструирования тех нологической оснастки и разработки современных типов соединителей, внедрена и успешно используется система автоматизированного проек тирования SolidWorks, позволяющая значительно сократить временны4е за траты и повысить уровень конструк торских решений. Инструментальное производство функционирует на са мой современной технической базе, эксплуатируется более 70 новейших станков для изготовления прецизион ной оснастки и инструмента. Плоско и профилешлифовальные, электро эрозионные и высокоскоростные фре зерные станки позволяют с точностью до 0,002 мм производить обработку де талей, выполненных из различных инструментальных материалов, вклю чая твердые сплавы. Новейшие технологии и современ ное оборудование требуют высокой СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

профессиональной подготовки кадров. Завод справляется с этой задачей путём постоянного обучения, повышения ква лификации персонала, подбора луч ших специалистов для работы в усло виях модернизированного производ ственного процесса. Среди заводчан есть доктора и кандидаты наук, изобре татели и рационализаторы, обладатели правительственных и ведомственных наград. «Электродеталь» является про изводственно технической базой для ведущих высших учебных заведений об ласти, оказывающей помощь в обучении студентов практикантов. Студенты стар ших курсов вузов проходят стажировку на предприятии, совмещая работу с уче бой. С каждым днём повышается произ водительность труда, совершенствуют ся профессиональные навыки, разви вается корпоративная культура. Завод является градообразующим, успешный подъём производства тесно связан с развитием социальной сферы. «Элек тродеталь» – показательный пример со циально ответственного предприятия. Завод делает всё возможное, чтобы улучшить жизнь своих работников. Вы сокий кадровый потенциал позволяет заводу добиваться поставленных целей и поддерживать статус лидера. Помимо разработки и производства высококачественных электрических соединителей, завод готов предложить своим клиентам спектр дополнитель ных услуг. Это освоение сложных и на укоёмких разработок любых электро технических изделий в смежных об ластях (жгуты, кабельные сборки); изготовление уникальных штампов и пресс форм для радиоэлектронной промышленности; производство спе циального технологического оборудо WWW.SOEL.RU

вания различной степени сложнос ти; литьё под давлением высокоточ ных изделий из алюминиевых, цинко вых и медных сплавов; производство пластмассовых деталей методом литья из термореактивных и термопластич ных материалов; прецизионная штам повка с использованием беззазорных штампов; механическая обработка де талей диаметром до 20 мм, полное или локальное гальваническое покрытие изделий драгметаллами (золотом, се ребром, палладием), а также цинком, кадмием, никелем, хромом, медью и оловом. Помимо покрытия металлами выполняется химическое оксидиро вание, анодирование, металлизация пластмассовых изделий. Благодаря внедрению в производ ство высокотехнологичного прогрес сивного оборудования, использова нию качественных материалов, со временных систем проектирования, квалифицированной профессиональ ной подготовке кадров, а также по стоянной научной работе «Электроде таль» быстро развивается, уверенно двигаясь к главным целям – повыше нию конкурентоспособности, стабиль ному обеспечению потребителей вы сококачественной продукцией и вы ходу на мировую арену. «Электродеталь» – это безупречное качество продукции, стабильность партнёрских отношений, ориентация на завтрашний день и уверенное дви жение вперёд. 242500, Россия, Брянская обл., г. Карачев, ул. Горького, д. 1 Тел.: +7 (48335) 2 01 70 Тел./факс: +7 (48335) 2 00 82 E mail: inbox@elektrodetal.com www.elektrodetal.com

©СТА-ПРЕСС

РЫНОК

Новости мира News of the World Новости мира Космический огород: HAСA рассчитывает на Crane Учёным ботаникам на космодроме Кен неди НАСА (штат Флорида) потребовались DC/DC преобразователи и помехоподавля ющие фильтры для опытного образца не земного огорода на Международной кос мической станции. Они нашли решение за дачи по созданию силовой электроники у компании Crane Aerospace & Electronics. По заявлению официальных лиц НАСА, Plant Habitat сконфигурирован в качестве полезной нагрузки космической станции с габаритными размерами примерно 21" (вы сота) × 36" (ширина) × 24" (глубина), кото рая предположительно будет потреблять мощность около 735 Вт. Plant Habitat помо жет исследователям НАСА планировать длительные пилотируемые космические полёты за пределы низкоорбитальных зем ных орбит. Возможность выращивать растения в грядущих полётах в глубоком космосе мо жет помочь в снабжении продуктами пита ния и пригодным для дыхания воздухом в длительных космических миссиях, длящих ся единовременно месяцы.

ГИЯ Р Е Н

НАСА планирует приобрести у компании Crane, поставляющей изделия под торговой маркой InterpointTM, для применения в Plant Habitat 20 двухканальных DC/DC преобразо вателей MOR2815DW, шесть одноканальных преобразователей MOR2812SW, а также де вять модулей помехоподавляющих фильтров FMCE1528W. Объём контракта обсуждается. Контракт на поставку заключён с един ственной фирмой Crane, так как в соответ ствии с результатами исследования рынка НАСА только компания Crane способна обеспечить необходимые для разработки опытного образца Plant Habitat компоненты. Такие работы по проектированию, как разработка принципиальной электричес кой схемы и чертежей печатной платы, бы ли произведены и завершены на основе изделий Interpoint для обеспечения функ циональной совместимости, и, как было подчёркнуто, переход на другую продук цию потребовал бы дорогостоящей и тру доёмкой переделки всех чертежей и прин ципиальных схем. Модуль Plant Habitat будет обслуживать крупную закрытую камеру с регулируемы ми параметрами окружающей среды, раз

! А С О М КОС

Interpoint™

работанную для оказания поддержки ком мерческих и фундаментальных исследо ваний растений на борту космической станции. Конструкция модуля предусмат ривает возможность управления темпера турой, влажностью, уровнем углекислого газа и светодиодным освещением. Внутри модуля имеется научный контей нер, представляющий собой заменяемый и перестраиваемый поддон, в котором будут содержаться различные виды растений. Научный контейнер обеспечивает первич ную конструкционную поддержку и подачу воды к корневой системе растений. Кроме того, в нем находится стандартная интер фейсная плата, оказывающая поддержку измерительной аппаратуре, как часть ос новных функциональных возможностей Plant Habitat. Исследования естественной среды обитания растений, проводимые в условиях невесомости космического прост ранства, могут длиться 30, 60 или 90 дней в зависимости от характера эксперимента. Plant Habitat будет запущен к космичес кой станции на космическом корабле SpaceX Dragon в декабре 2015 года. www.militaryaerospace.com

■

Многообразие вариантов конструктивного исполнения

■

Диапазон рабочих температур от –55 до +125°С

■

Высокая радиационная стойкость до 300 крад

■

Удельная мощность свыше 4000 Вт/дм3

■

Выходная мощность от 1,5 до 100 Вт

■

Входные напряжения: 16...40 В постоянного тока

■

Выходные напряжения: 1,5; 2,5; 3,3; 5; 12; 15; ±5; ±12; ±15; 3,3/±12; 3,3/±15; +5/±12; +5/±15 В

■

Выходной контроль

WWW.SOEL.RU

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

©СТА-ПРЕСС

ОФИЦИАЛЬНЫЙ ПРЕДСТАВИТЕЛЬ КОМПАНИИ CRANE AEROSPACE & ELECTRONICS В РОССИИ

©СТА-ПРЕСС

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ

Пути развития производства прямоугольных низкочастотных соединителей в России Алексей Ерёмин, Александр Киселев, Алексей Шадрин (Москва)

ВВЕДЕНИЕ В настоящее время технический уровень отечественных электрических соединителей не в полной мере соот ветствует требованиям, предъявляе мым к радиоэлектронным компонен там современной радиоэлектронной аппаратуры (РЭА). Научно техничес кий задел, позволявший отечествен ным соединителям в основном соот ветствовать зарубежным аналогам, се годня практически исчерпан и не способен поддержать требуемый уро вень отрасли. Развитие радиоэлектронного при боростроения на основе магистраль но модульного принципа, стандарт ных шин, протоколов обмена и про граммного обеспечения предполагает создание функционально ориентиро ванной, комплексной системы высо котехнологичных электрических со единителей. Это позволит разработчи кам РЭА организовать и обеспечить электрические, электромеханические, оптические, пневматические и другие необходимые для функционирования аппаратуры связи, повысить качество и надёжность РЭА, улучшить её массо габаритные характеристики [1–4]. В СССР, благодаря приоритетной го сударственной поддержке электрон ной промышленности, особенно в оборонной отрасли, удавалось сохра нять приемлемый уровень отечествен ной электроники. В Российской Феде рации ослабели действовавшие ранее административные рычаги управле ния и координации в электронной промышленности. Доля РСФСР в про изводстве электрических соедините лей составляла около 30% от объёма их производства в стране. Основное производство электрических соедини телей было сосредоточено в Киргизии (более 44%) и на Украине (более 20%). Таким образом, отечественная элек

троника к концу 1990 х годов попала в крайне сильную зависимость от им порта в части обеспечения электри ческими соединителями. На сегодняшний день в производ стве радиоэлектронной аппаратуры специального и общепромышленного назначения соотношение применения отечественных и импортных соедини телей составляет 30/70 и 20/80 (%) со ответственно. Применяемые в настоящее время отечественные электрические соеди нители не отвечают современным требованиям и уровню лучших миро вых достижений. В частности, отечест венные прямоугольные соединители уступают зарубежным по шагу и коли честву контактов, уровню защиты от электромагнитных помех, удельным характеристикам. Они не соответству ют требованиям потребителей по мак симальным токовым нагрузкам (1–2 А на сигнальный контакт при требуемых 4–6 А и 10 А на силовой контакт при требуемых 30–40 А), диапазону рабо чих температур (до 85°С при требуе мых 125°С), диапазону рабочих частот (3 МГц при требуемых 400 МГц); прак тически отсутствует номенклатура со единителей для автоматизированного монтажа на поверхность печатной платы. Основные причины такого состоя ния, на взгляд авторов, следующие: ● уровень технологий большинства предприятий соответствуют миро вому уровню 1980 х годов; ● использование устаревшего техно логического оборудования (удель ный вес нового оборудования, имею щего возраст до 10 лет, не превыша ет 25%); ● низкая степень автоматизации про изводственных процессов приводит к нестабильности характеристик ко нечной продукции. WWW.SOEL.RU

Решение вышеперечисленных проб лем должно обеспечиваться: ● минимизацией номенклатуры ЭКБ (электронной компонентной базы) по различным параметрам и харак теристикам путём разработки огра ничительных перечней; ● развитием специализированного мелкосерийного производства на ба зе ограниченного числа фирм изго товителей. Этому препятствуют следующие факторы: ● отсутствие унифицированной нор мативной документации на всех уровнях, регламентирующей приме нение ЭКБ; ● наличие большого числа различных федеральных целевых программ, направленных на решение сложных задач; отсутствие эффективной програм мы опережающего замещения им порта (существует только рамочное постановление); ● низкая исполнительская дисципли на на предприятиях оборонно кос мического комплекса. Расхождения в требованиях отече ственных и зарубежных стандартов, отсутствие отечественной норматив ной базы по применению современ ной, высоко интегрированной ЭКБ и материалов, существующая норматив ная база по выбору, применению, тех нологическому сопровождению ЭКБ, разработанная в 1970 х годах, не обес печивают требуемую надёжность РЭА. Необходимо провести работу по созда нию полного комплекса стандартов (несколько сотен документов) в сжа тое время (2–3 года). Необходимо раз работать отраслевой (межотраслевой) документ по стандартизации в части выбора, применения и технологичес кого сопровождения современной ЭКБ ИП, определяющий прямые ссылки на существующие зарубежные стандар ты. Таким образом, можно решить проблему гармонизации с зарубежной нормативной базой. Выполнение перечисленных меро приятий может позволить довести до лю отечественной ЭКБ, в частности для применяемой при комплектовании ●

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

©СТА-ПРЕСС

Отставание России в области производства электронных компонентов, к которым относятся и электрические соединители, тормозит развитие высокотехнологичных отраслей промышленности. В статье рассматривается комплекс мероприятий, способствующих развитию их производства в России.

©СТА-ПРЕСС

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ

ПУТИ РАЗВИТИЯ ПРОИЗВОДСТВА ПРЯМОУГОЛЬНЫХ НИЗКОЧАСТОТНЫХ СОЕДИНИТЕЛЕЙ В РОССИИ Попытка создания системы прямо угольных соединителей для РЭА, осно ванной на использовании базовой несущей конструкции (БНК), была предпринята в 1990 е годы. Уже тогда ставилась задача создания функцио нально ориентированной системы со единителей. Одним из основных направлений разработки прямоугольных электри ческих соединителей за рубежом яв ляется развитие системы, регламенти рованной стандартами МЭК 1076 4 100 и МЭК 1076 4 101, по созданию прямоугольных электрических со единителей для обеспечения электри ческой, конструктивной и информа ционной совместимости электронных модулей на основе межотраслевых ба зовых несущих конструкций (МБНК). Заложенные в этих стандартах прин ципы позволяют разработчикам РЭА реализовывать практически любые электрические, электромеханические и другие виды связей между модулями I, II и III порядков [5–7]. Стандарты МЭК 1076 4 100 и МЭК 1076 4 101 определяют сетки контак тов с шагами 2,5 и 2,0 мм, при этом плотность их расположения на 1 см2 составляет 16 и 25 контактов соответ ственно. Данные стандарты задают мо дульное построение соединителей с наличием сигнальных, силовых и вы сокочастотных контактов. Соединители этого класса способны пропускать высокочастотные интегри рованные сигналы, используя сосед ние контакты в качестве экрана. Кроме того, применение в одном соедините ле разновысотных контактов позволя ет обеспечить несинхронное включе ние функциональных цепей. Конструкции соединителей предпо лагают разные способы монтажа при установке в аппаратуру: пайкой (пай ка волной, пайка в печах с инфракрас ным излучением, ручная пайка па яльником или паяльной станцией), накруткой, обжимкой, врезанием, про калыванием ленточного провода, уста новкой на печатную плату методом пресс фит, а также сочетанием не скольких способов монтажа.

Соединители могут изготавливаться в безкорпусном и корпусном вариан тах, в пластмассовых корпусах обыч ного и металлизированного исполне ния (для обеспечения функции экра нирования и защиты передаваемой информации от несанкционирован ного доступа). Применение соедини телей в металлизированных пластмас совых корпусах решает очень важную для авионики проблему – снижение ве са РЭА с одновременным обеспечени ем защиты от помех. Для расширения потребительских свойств и техничес ких возможностей целесообразно не которые типономиналы этих соеди нителей дополнить силовыми и ра диочастотными контактами, а также рассмотреть возможность введения в их конструкцию оптических контак тов для соединения оптоволоконных кабелей связи. В настоящее время потребность производства РЭА в прямоугольных электрических соединителях для по верхностного монтажа удовлетворяет ся менее чем на 15%. Такое положение особенно негативно сказывается на производстве РЭА специального на значения, так как применение им портных соединителей этого класса не представляется возможным из за ис пользования в них безсвинцовых тех нологий, которые не обеспечивают специальных требований по надёж ности и стойкости к воздействию внешних факторов. Дальнейшая миниатюризация РЭА и выход её на более высокий техни ческий уровень требуют и наличия соответствующей ЭКБ, в том числе ми ниатюрных, субминиатюрных и мик роминиатюрных электрических со единителей с шагом контактов 1,0; 0,63; 0,5 мм и менее и плотностью контактов 100, 200 и 400 контактов на 1 см2 соот ветственно. Разработка и изготовление таких соединителей требуют совер шенно иного подхода к проектирова нию и технологическому оснащению производства, которое должно быть полностью автоматизировано. Разра ботка современных методик и про грамм автоматизированного проекти рования, основанных на последних достижениях науки и техники, позво лит обеспечить выполнение постав ленных задач по созданию высокотех нологичных электрических соедини телей. Более серьёзной проблемой, чем ре шение задачи создания современной WWW.SOEL.RU

автоматизированной системы проек тирования, в ближайшей перспективе будет обеспечение технологической подготовки производства, то есть усло вий реального производства соедини телей с заявленными техническими характеристиками. Современное состояние и техничес кий уровень основных фондов отечест венных предприятий, выпускающих электрические соединители, особенно их активной части – технологического оборудования, требует значительного обновления и модернизации. Физичес кий и моральный износ фондов состав ляет от 60 до 75%, а имеющееся в инстру ментальном производстве оборудова ние уже сейчас не позволяет обеспечить необходимую точность и выполнение отдельных операций при изготовлении технологической оснастки. Дальнейшее усложнение конструк ции электрических соединителей, в том числе повышенные требования к точности вследствие миниатюриза ции, делают практически невозмож ным производство соединителей при существующем технологическом и инструментальном оснащении. Про изводство отечественных соедините лей, соответствующих в полной мере современным требованиям произво дителей РЭА, и дальнейшее их совер шенствование будет возможно только при глубокой модернизации инстру ментального производства и разработ ке новых технологических процессов, включая нанотехнологии [8]. В качестве примера развития произ водства прямоугольных низкочастот ных соединителей в России можно рассмотреть соединители СНП 339 и СНП 388. Первый пример – это цепоч ка совершенствования украинских со единителей ОНП ЖИ 8, а второй – соз дание отечественного соединителя – аналога изделия HYPERTRONICS [9], на основе стандарта РС104+.

СОЕДИНИТЕЛИ СНП 339 Соединители типа ОНП ЖИ 8 (см. рис. 1) производства ОАО «Коннектор» (г. Харьков) являются аналогами со единителей СНП 339 и применяются в радиоэлектронной и радиотехничес кой аппаратуре как соединители об щего назначения. Стандарты: ОСТ В 11 0121 91, НЩО.364.021 ТУ. Описание конструкции: ● врубное сочленение с винтовой фиксацией и кодирующим элемен том; СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

©СТА-ПРЕСС

бортовой аппаратуры космических ап паратов, до 50% к 2017 году и до 95% к 2020 году.

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ

●

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

и импульсного токов – амплитудное значение) и силе тока на контакт до 1 А. Отличительной особенностью дан ной группы соединителей является на личие двух типов (обычный и с токо проводящим покрытием корпуса) тех нологических переходников, которые предохраняют части соединителей (вил ки, розетки) от механических повреж дений при настройке и испытаниях РЭА.

СОЕДИНИТЕЛЬ СНП 388 Создание отечественного соедини теля СНП 388 (см. рис. 3) на основе стандарта РС/104+ – это другой путь развития производства в России, а именно, сборка аналогов соедини телей иностранного производителя HYPERTRONICS из комплектующих производителя. Данное производство освоено на КрЗПП «Арсенал». Поставку комплек тующих осуществляет ЗАО «Промтех комплект». Удобство такого тандема внутри холдинга «Промышленные тех нологии» очевидно: себестоимость со единителей и сроки производства, включая поставку комплектующих, минимальны. Соединители СНП388 выпускаются с приёмкой «ВП». Соединители СНП 388 имеют гипер болоидное гнездо (см. рис. 4), которое обеспечивает следующие преимуще ства в сравнении с классическими кон тактными системами: ●

●

низкое усилие сочленения/расчле нения; длительный срок службы контактов (до 105 циклов сочленения/расчле нения); пониженное сопротивление кон такта; больший ток на контакт по сравне нию с классическим контактом (как следствие увеличенной площади контакта);

Рис. 1. Соединители типа ОНП ЖИ 8

Рис. 2. Соединители типа СНП 339

Рис. 3. Соединители типа СНП 388 устойчивость к ударам и вибрациям; постоянство электрических харак теристик контакта во времени. Соединитель СНП 388 создан на ос нове стандарта PC104+ и имеет следую щие конструктивные особенности: ● 120 контактов; ● проходные контакты позволяют со бирать платы в пакет; ● межплатное расстояние от 14,9 до 15,7 мм; ● ●

Таблица. Сравнительные параметры соединителей СНП 339 и ОНП ЖИ 8 СНП 339/СНП 339 (Т)

ОНП ЖИ 8

Максимальное рабочее напряжение, В

Параметр

150

100

Масса, г, не более Вилка (42 контакта) Розетка (42 контакта)

12,0 10,0

12,0 11,0

Число сочленений расчленений

500

250

21, 42, 52, 54, 76 (СНП 339 (Т) – 21, 42)

21, 42

есть

нет

1–3000 40,0

1–3000 20,0

Механический удар одиночного действия, g

1500

1000

Линейное ускорение, g

500

200

1,3×10–7

1,3×10–4

Количество контактов Наличие исполнения с экранированным кожухом Синусоидальная вибрация: диапазон частот, Гц амплитуда ускорения, g

Атмосферное пониженное рабочее давление, Па

WWW.SOEL.RU

©СТА-ПРЕСС

климатическое исполнение В; покрытие контактов – золото или се ребро; ● метод монтажа – пайка. Соединители СНП 339 (см. рис. 2) про изводства ОАО «Уральский завод элек трических соединителей “Исеть”» – это электрические низкочастотные неэк ранированные прямоугольные мини атюрные соединители для объёмного высокоплотного монтажа плоских ка белей и монтажных проводов. Соединители СНП 339 состоят из ка бельной вилки и розетки, которая мо жет устанавливаться на стенку прибора, печатную плату и распаиваться на ка бель. В соединителях предусмотрена винтовая фиксация сочленённого поло жения и кодирующий элемент (ключ). Вилки и розетки соединителей СНП 339 одного типономинала и одноимённой цифры ключа взаимозаменяемы. По га баритным установочным и присоедини тельным размерам, схемам расположе ния контактов электрические неэкрани рованные соединители СНП 339 (вилки, розетки) взаимозаменяемы с аналогич ными соединителями (вилками, розетка ми) типа ОНП ЖИ 8 (с цифрой, опреде ляющей расположение ключа). Соеди нители предназначены для внутреннего монтажа во всеклиматическом исполне нии по ГОСТ РВ 20.39.414.1. В настоящее время производство СНП 339 освоено ЗАО «Краснознамен ский завод полупроводниковых при боров “Арсенал”» (КрЗПП «Арсенал»). КрЗПП «Арсенал» входит в состав хол динга «Промышленные технологии». Комплектующие для производства со единителя поставляет ЗАО «Промтех комплект», также входящее в холдинг. Соединитель СНП 339, собранный на КрЗПП «Арсенал», имеет следующие особенности: ● рабочая температура соединителя повышена до 125°С; ● рабочее напряжение увеличено до 150 В; ● экранирующий кожух облегчён на 20%. Соединители СНП339 выпускаются с приёмкой «ВП» и «ОС»; они прош ли комплексные испытания, в том чис ле сравнительные, с соединителями ОНП ЖИ 8 и по ряду параметров пре восходят последние (см. таблицу). Соединители типа СНП 339 предна значены для работы в электрических це пях постоянного, переменного (часто той до 3 МГц) и импульсного токов при напряжении до 150 В (для переменного ●

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ

Рис. 4. Гиперболоидное гнездо возможная толщина платы от 1,6 до 2,5 мм; ● хвостовики адаптированы под пайку в отверстия платы. Прочность СНП 388 превышает все предыдущие требования к форм! фактору подобных соединителей, что позволяет использовать соедини! ●

Рис. 5. Многоуровневая архитектура

тель в более широком спектре отрас! лей промышленности. Соединители СНП 388 являются взаимозаменяемы! ми и взаимосочленяемыми с PC/104+ и используются в системах с высокой производительностью и надёжностью. Контакты помещены в изолятор LCP, который превышает международные авиакосмические требования по газо! выделению. Благодаря повышенной устойчивос! ти к ударам и вибрациям, возможно использование СНП 388 в космической технике. Соединитель разработан спе! циально для обеспечения целостности сигнала при всех динамических изме! нениях окружающей среды, что делает его идеальным для отказоустойчивых приложений. СНП 388 имеет много! уровневую архитектуру (см. рис. 5 и 6) и может применяться в конструкциях типа «сэндвич» (см. рис. 7). Соединители СНП 388 предназначе! ны для работы в электрических цепях постоянного, переменного (частотой до 3 МГц) и импульсного токов при напряжении до 350 В (амплитудное значение) и силе тока до 0,2 А. Соеди! нители удовлетворяют требованиям ГОСТ 23784 (ОТУ) и требованиям, уста! новленным в ПКНС.430421.004 ТУ (ТУ 6313!004!53115542!08) и предназ! начены для внутреннего монтажа в климатическом исполнении В по ГОСТ 25467.

денную проверку изделий на соответ! ствие заявленным требованиям. Учитывая ведущую роль отечествен! ной электроники в развитии россий! ского промышленного потенциала, в России принята Федеральная целевая программа (ФЦП) «Развитие электрон! ной компонентной базы и радиоэлек! троники» на 2008–2015 годы, которая определила направления развития про! изводства ЭКБ, в том числе прямоуголь! ных низкочастотных соединителей. Ожидается, что это даст возможность резко уменьшить долю используемой импортной ЭКБ в общем объёме заку! пок предприятиями радиоэлектронно! го комплекса, то есть изменить сущест! вующее в настоящее время соотноше! ние в пользу отечественной ЭКБ. Всё это позволит повысить конкуренто! способность отечественной электрон! ной техники, как на внутреннем, так и на внешнем рынках, и обеспечит зна! чительное укрепление обороноспособ! ности и безопасности России.

ЛИТЕРАТУРА 1. Материалы Совета по применению ЭКБ предприятий кооперации ОАО «ИСС», ФГУП «НПО им. С.А. Лавочкина», Москва, 23–25 мая, 2012. 2. Материалы ХI Международной научно! технической конференции «Электронная компонентная база космических систем», Адлер, 23–29 сентября, 2012. 3. Материалы Российской научно!техничес! кой конференции «Сертификация ЭКБ! 2013», Санкт!Петербург, 10–12 апреля, 2013. 4. Вейд Ч. Производство электроники в Рос! сии. Электронные компоненты, № 10, 2008. 5. Гаманюк Д.Н. Межплатные соединители нового поколения. Современная электро! ника, № 5, 2009. 6. Сафонов Л., Сафонов А. Прямоугольные

Рис. 6. Описание многоуровневой архитектуры

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

электрические соединители: Рекоменда! ции по практическому применению в РЭА

Рис. 7. Вид многоуровневой архитектуры типа «сэндвич»

Отставание России в области произ! водства электронных компонентов, к которым относятся и электрические соединители, тормозит развитие вы! сокотехнологичных отраслей про! мышленности. В силу действующих за рубежом ограничений на поставку в Россию специальных электронных компонентов, отечественным разра! ботчикам РЭА приходится довольство! ваться несоответствующей требовани! ям заказчиков номенклатурой импорт! ной ЭКБ, что приводит к целому ряду негативных моментов и, в частности, к дополнительным затратам на вынуж! WWW.SOEL.RU

в электронной промышленности, № 5, 2007. 7. Сафонов Л., Сафонов А. Современное со! стояние и перспективы развития отече! ственного производства прямоугольных электрических соединителей. Технологии в электронной промышленности, № 4, 2009. 8. Мальцев П. П. Мир материалов и техноло! гий. Наноматериалы. Нанотехнологии. Наносистемная техника. Техносфера, 2006. 9. www.hypertronics.com. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

©СТА-ПРЕСС

электрических соединителей. Технологии

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ

Новости мира News of the World Новости мира ную сферу применения чипов (DLP). В частности, доход от реализации DLP, ис пользуемых в домашних кинотеатрах и проекционных телевизорах, снизился. На 4 м месте оказалась Hewlett Packard с доходом $677 млн (в 2011 году HP зани мала вторую строчку в ТОПовой таблице). Падение рейтинга на 10% по сравнению с предыдущим годом связывают с изменени ями на рынке печатающих головок для струйных принтеров – 15% снижение от грузки «струйников». Завершает пятёрку японская Canon с до ходом $377 млн. Стоит отметить, что за пределами пер вой пятёрки оказался калифорнийский InvenSense (позиция 13) с доходом до $186 млн. Компания, по мнению многих экспертов, до сих пор является самой успешной на рынке MEMS: технологичес кий прорыв 2009 года запомнился всем уникальным дизайном игрового аксессуа ра Nintendo Wii Plus. Несмотря на игровую зависимость, InvenSense – мудро диверси фицированный бизнес в сторону мобиль ных гаджетов, в частности планшетов. www.microwave eetimes.com

По результатам прошлого 2012 года ком пании Bosch и STMicroelectronics объяв лены мировыми лидерами в поставках MEMS систем. Впервые в истории MEMS явного побе дителя выделить не удалось. В соответ ствии с аналитическим отчётом IHS, Bosch и STM показали одинаковый доход в 2012 году в размере около $793 млн. В целом, в ТОПовой двадцатке MEMS производите лей в прошлом году нашли отражение 77% промышленности на сумму в общей слож ности около $8,3 млрд. Компания Bosch, занимавшая в 2011 го ду третье место, на 8% увеличила доход от реализации MEMS систем, включая 5% рост основного автомобильного бизнеса MEMS, на долю которого приходится 82% от общего объёма выручки MEMS. Bosch единогласно считается ведущим постав щиком автомобильных MEMS систем с 27% доли рынка. Продукция компании ори ентируется и на растущие рынки потреби тельской и мобильной электроники – уве личение на 17% за год, благодаря высоким

продажам датчиков давления в телефонах, компенсируя падение доходов от акселеро метров и микрофонов. На окончательный финансовый результат повлиял неблаго приятный курс национальной валюты. Руководство STMicroelectronics (четвёр тая позиция в 2011 году) сделало ставку на надёжный потребительский и мобильный бизнес, как основной источник доходов MEMS. В то время как соперник (Bosch) до минирует в автомобильном секторе, STM лидирует с 32% рынка потребительских и мобильных MEMS. Впрочем, STM не жела ет отставать и также проникает в автомо бильную отрасль: $15 млн в 2012 году по сравнению с $10 млн годом ранее. Анало гично Bosch, свой вклад в бизнес STM внесли гироскопы, предшествовавшие ак селерометрам. А бурный рост поставок смартфонов, например Samsung Galaxy S III, спровоцировал спрос на датчики давле ния для мобильных устройств. Компания Texas Instruments опустилась на третью позицию (номер 1 в 2011 году), показав снижение доходов на 3%, до $751 млн. Проекторы для бизнеса и обра зования по прежнему составляют основ

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

WWW.SOEL.RU

©СТА-ПРЕСС

Bosch и STM разделили первое место на рынке MEMS

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ

Современные 32 разрядные ARM микроконтроллеры серии STM32: система тактирования Приведено описание системы тактирования 32 разрядных ARM микроконтроллеров серии STM32 от компании STMicroelectronics. Рассмотрена архитектура системы тактирования, состав её регистров и примеры программ инициализации.

ВВЕДЕНИЕ Система тактирования микрокон троллера является основным функци ональным блоком, синхронизирую щим все процессы и определяющим скорость их выполнения. От правиль ной настройки данного блока зависит эффективность работы микрокон троллера, успешное выполнение воз лагаемой на него задачи. Поэтому важ но уделить рассмотрению системы тактирования особое внимание, поняв её архитектуру и назначение всех со ставляющих элементов.

АРХИТЕКТУРА Система тактирования микрокон троллеров серии STM32 от компании STMicroelectronics [1] имеет достаточно сложную архитектуру, позволяющую расширить их возможности при ис пользовании в разнообразных уст ройствах, гибко и точно настроить под конкретную задачу. Структурная схема системы тактиро вания STM32 приведена на рисунке 1. Основной системной тактовой час тотой микроконтроллера является сиг нал SYSCLK. Как видно из схемы, в качестве источника импульсов систем ной тактовой частоты SYSCLK микро контроллеров STM32 может быть ис пользован внутренний HSI RC генера тор c частотой 8 МГц или генератор HSE OSC с внешним кварцевым резона тором или внешним источником так товых импульсов. Генератор HSE (High Speed Exter nal) может работать на частоте от 4 до 24 МГц с внешним резонатором, подключённым к выводам OSC_IN и OSC_OUT. Допускается также подклю чение внешнего источника тактовых импульсов частотой от 1 до 24 МГц и скважностью 50% к входу OSC_IN, как показано на рисунке 2.

Настройка многих элементов сис темы тактирования осуществляется программно с помощью конфигура ционных регистров микроконтролле ра, представленных в таблице. Внешний генератор HSE по умолча нию отключён и его включение произ водится с помощью бита HSEON ре гистра RCC_CR. При работе генератора с внешним сигналом необходимо уста новить в единичное состояние бит HSEBYP регистра RCC_CR. После включения HSE и его выхода на рабочий режим устанавливается бит HSERDY регистра RCC_CR и гене рируется прерывание, если это разре шено в разряде HSERDYIE регистра RCC_CIR. Сигнал HSE может быть ис пользован в качестве системного так тового сигнала, а также поступать че рез программный делитель на блок умножения. Блок HSI (High Speed Internal) пред ставляет собой встроенный RC гене ратор с частотой 8 МГц. При включе нии микроконтроллер автоматически запускается от тактовой частоты HSI. Генератор HSI начинает работать при появлении питающего напряже ния VCC и после выхода в нормальный устойчивый режим работы устанавли вает битовый флаг HSIRDY в регистре RCC_CR. Производитель гарантирует стабильность частоты от –1,9 до +1,3% при изменении температуры мик роконтроллера от 0 до 70°C соответ ственно. При запуске микроконтрол лера заводское калибровочное значе ние автоматически заносится в биты HSICAL[7:0] регистра RCC_CR (см. табл.). Для компенсации воздействия окружа ющей температуры и изменений пи тающего напряжения имеется возмож ность дополнять калибровочное зна чение записью битов HSITRIM[4:0] указанного регистра. После сброса в WWW.SOEL.RU

нём находится число 16, т.е. середи на диапазона регулировки. Измене ние младшего разряда HSITRIM позво ляет подстроить частоту генератора HSI приблизительно на 40 кГц. Таким образом, 5 разрядов HSITRIM[4:0] поз воляют осуществить подстройку час тоты от 0 до 1280 кГц. Тактовая частота от генератора HSI может быть использована непосред ственно как источник системной час тоты или поступать в блок умножителя частоты после предварительного де лителя на 2. Достоинством использования гене ратора HSI является малое время нача ла генерации тактовой частоты после подачи питания и отсутствие необхо димости в использовании дополни тельных электронных компонентов для работы микроконтроллера. Недо статком – низкая стабильность часто ты генерируемого сигнала и увеличе ние погрешности при умножении час тоты в блоке PLLMUL. Генератор HSI может быть вклю чён или отключён управлением бита HSION регистра RCC_CR. Сигналы от генераторов HSI и HSE проходят, соответственно, через дели тель на два или программный делитель PREDIV1, поступая затем на мульти плексор PLLSRC, выбирающий один из этих сигналов для последующей обра ботки. Далее один из сигналов поступа ет на умножитель частоты PLLMUL (Phase Locked Loop) на основе генера тора с ФАПЧ с программным коэффи циентом, позволяющим кратно увели чить частоту от 2 до 16 раз. Выход умножителя подключён к мультиплек сору SW, с помощью которого про граммно выбирается один из трёх сформированных ранее сигналов от HSI, PLLMUL или HSE. Этот сигнал ис пользуется в качестве системной так товой частоты SYSCLK, и его частота не должна превышать 24 МГц для дан ного типа микроконтроллера. По умолчанию умножитель отклю чён, и его включение осуществля ется битом PLLON регистра RCC_CR. После включения PLL и его выхода в СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

©СТА-ПРЕСС

Олег Вальпа (г. Миасс, Челябинская обл.)

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ

8 МГц HSI RC

FLITFCLK к интерфейсу программирования FLASH-памяти

HSI /2

PLLSRC

PLLMUL .... x16 x2, x3, x4 PLL

HCLK к шине AHB, ядру, памяти и DMA

к таймеру Cortex System FCLK

HSI

SYSCLK

PLLCLK

24 МГц макс.

HSE

24 МГц макс. Включение

AHB Делитель частоты /1, 2..512

APB1 Делитель частоты /1, 2, 4, 8, 16

24 МГц макс.

PCLK1 к периферии APB1

Включение

TIM2, 3, 4, 6, 7 если делитель частоты APB1=1, то х1, иначе х2

CSS

к TIM2, 3, 4, 6 и 7 TIMxCLK Включение

APB2 Делитель частоты /1, 2, 4, 8, 16

PREDIV1 /1/2/3.../ .../15/16

OSC_OUT 4–24 МГц HSE OSC

24 МГц макс.

PCLK2 к периферии APB2

Включение

OSC_IN

к TIM1, TIM15, TIM16 и TIM17

TIM1/15/16/17 если делитель частоты APB2=1, то х1, иначе х2 /128 OSC_OUT

ADC Делитель частоты /2, 4, 6, 8

к RTC

LSE

LSE OSC 32,768 кГц

TIMxCLK Включение

RTCCLK

OSC_IN

к ADC1 ADCCLK 12 МГц макс.

RTCSEL[1:0]

MCO

к независимому сторожевому таймеру WDG

LSI

LSI RC 40 кГц

IWDGCLK

Выход основной частоты

PLLCLK HSI HSE SYSCLK

MCO

Рис. 1. Структурная схема системы тактирования STM32

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

точника системного тактового сигнала SW. Назначение блока CSS состоит в слежении за тактовыми сигналами, поступающими от генератора HSE, и в случае их пропадания, например при поломке кварцевого резонатора от уда ра, блок CSS осуществляет следующие действия: ● отключает генератор HSE; ● останавливает работу расширенных таймеров TIM1 и TIM8; ● генерирует прерывание CSSI, заве дённое внутри процессора на немас кируемое прерывание NMI, которое микроконтроллер не может пропус тить; ● переключает источник системной частоты на генератор HSI. Таким образом, благодаря блоку CSS микроконтроллер сохраняет свою ра ботоспособность и информирует вы WWW.SOEL.RU

полняемую программу об этом с по мощью прерывания, исключая воз можность зависания программы из за Схема подключения внешнего генератора OSC_IN

OSC_OUT

От 1 до 24 МГц Схема подключения внешнего резонатора OSC_IN

C1 30 пФ

OSC_OUT

BQ1 4...24 МГц

C2 30 пФ

Рис. 2. Схема подключения источников тактовой частоты

©СТА-ПРЕСС

рабочий режим устанавливается бит PLLRDY и может быть сгенерировано прерывание. Режим работы умножителя кон фигурируется с помощью регистра RCC_CFGR. Все переключения режима работы следует проводить только при выключенном умножителе. В регистре RCC_CFGR бит PLLSRC опре деляет источник умножения – сигна лы от HSI или HSE. Бит PLLXTPRE вклю чает делитель на 2 для сигнала от HSE. Биты PLLMUL[3:0] задают коэффици ент умножения от 2 до 16. Особенно полезную функцию, по вышающую надёжность работы мик роконтроллера, выполняет блок CSS. Из структурной схемы видно, что на вход этого блока подаётся тактовая частота от генератора HSE, а выход это го блока подключён к блоку выбора ис

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ

25 24

31 30 27 26

MCO [2:0]

19 18 17 16

23 22

Резерв

21 20 15

12 11

HSICAL[7:0]

10 9

0 PPRE1 [2:0]

PPRE2 [2:0]

HSITRIM[4:0]

HPRE [3:0]

Резерв

SWS [1:0]

HSIRDY

HSION

SW [1:0]

AFIORST

HSEON

LSIRDYF

Резерв

HSERDY

LSERDYF

IOPARST

HSIRDYF

IOPBRST

IOPCRST

HSERDYF

PLLSRC

ADC PRE [1:0]

PLLRDYF

PLLMUL[3:0]

CSSF

HSEBYP

Резерв

LSIRDYIE

PLLXTPRE

LSERDYIE

HSIRDYIE

HSERDYIE

PLLRDYIE

LSIRDYC

CSSON

LSERDYC

HSIRDYC

PLL ON

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

©СТА-ПРЕСС

0 HSERDYC

Резерв 0 IOPDRST

TIM2RST

IOPERST

TIM3RST

IOPFRST

TIM4RST

IOPGRST

TIM5RST

ADC1

TIM6RST

Резерв

TIM7RST

TIM1RST

TIM12RST

SPI1RST

Резерв 0

TIM13RST

PLLRDYC

Резерв

Резерв TIM14RST

CSSC

0 USART1RST

WWDGRST

SPI2RST

Резерв

WWW.SOEL.RU

SPI3RST

DMA1EN

TIM15RST

0 DMA2EN

TIM16RST

0 SRAMEN

TIM17RST

0 Резерв

AFIOEN

FLITFEN

Резерв

CRCEN

Резерв

IOPAEN

Резерв

IOPBEN

FSMCEN

USART2RST

Резерв

Резерв 0

USART3RST

Резерв

IOPCEN

TIM2EN

IOPDEN

TIM3EN

IOPEEN

TIM4EN

IOPFEN

TIM5EN

IOPGEN

TIM6EN

ADC1EN

TIM7EN

UART4RST

Резерв

TIM12EN

TIM1EN

TIM13EN

SPI1EN

Резерв 0

TIM14EN

UART5RST

Резерв

Резерв 0

WWDGEN

USART1EN

SPI2EN

Резерв

SPI3EN

I2C1RST

Резерв

TIM15EN

Резерв 0

LSEON

TIM16EN

RTCSEL[1:0]

PREDIV1 [3:0]

LSERDY

Резерв

0 LSEBYP

Резерв

USART2EN

TIM17EN

USART3EN

UART4EN

UART5EN

I2C2RST

Таблица. Регистры системы тактирования

RCC_CR

BKPRST

Резерв

PWRRST

Резерв

DACRST

Регистр

Reset value

RCC_CFGR

Reset value

RCC_CIR

Reset value

RCC_APB2RSTR

Reset value

RCC_APB1RSTR

Reset value

RCC_AHBEND

Reset value

CECRST

Сдвиг

0х000

0х004

0х008

0х00С

0х010

0х014

RCC_APB2ENR

Reset value

I2C1EN

RTCEN

I2C2EN

BDRST

Резерв

PLL RDY

Резерв

RMVF

LSION

RCC_APB1ENR BKPEN

Резерв

LSIRDY

0х018

0х01С PWREN

DACEN

CECEN

PINRSTF

Резерв

PORRSTF

Reset value

SFTRSTF

RCC_BDCR

RCC_CSR

IWDGRSTF

Reset value

RCC_CFGR2

WWDGRSTF

0х020

0х024

0х02С

LPWRSTF

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ

неисправности внешнего генератора. Для активации данной функции блок CSS необходимо программно вклю чить с помощью установки бита CSSON в регистре RCC_CR. По умолчанию этот бит сброшен. Кроме того, система тактирования содержит узлы формирователей так товой частоты RTC CLK для часов реального времени RTC (Real Time Clock) и тактовой частоты IWDGCLK для сторожевых таймеров микрокон троллера. Источником тактовой частоты RTC CLK могут являться: ● тактовые сигналы от генератора HSE, делённые на 128; ● тактовые сигналы от внутреннего низкоскоростного генератора LSI (Low Speed Internal), формирующе го тактовые импульсы с частотой 40 кГц; ● тактовые сигналы от внешнего низкоскоростного генератора LSE (Low Speed External) с внешним кварцевым резонатором на частоте 32,768 кГц. Источником тактовой частоты IWDGCLK для сторожевых таймеров микроконтроллера является внутрен ний низкоскоростной генератор LSI с частотой 40 кГц. Сигналы тактовой частоты SYSCLK, HSE, HSI и PLLCLK, поделённой на два, могут быть подключены к выход ному сигналу MCO (Microcontroller Clock Output) микроконтроллера че рез мультиплексор. В программном выборе сигнала для этого мультиплек сора используются биты MCO[2:0] ре

Листинг 1. Фрагмент кода программы на языке Си RCC >CR| = RCC_CR_HSEON; // Включить генератор HSE while (!(RCC >CR & RCC_CR_HSERDY)) {}; // Ждать готовность HSE RCC >CFGR &=~RCC_CFGR_SW; // Очистить биты SW0 и SW1 RCC >CFGR| = RCC_CFGR_SW_HSE; // Выбрать HSE для тактирования SW0=1 гистра RCC_CFGR. Их назначение при ведено ниже. MCO[2:0] = 0xx: выход MCO отклю чён; MCO[2:0] = 100: подключён сигнал SYSCLK; MCO[2:0] = 101: подключён сигнал HSI; MCO[2:0] = 110: подключён сигнал HSE; MCO[2:0] = 111: подключён сигнал PLLCLK/2. Сигнал системной тактовой частоты SYSCLK транслируется на программ ный делитель AHB, снижающий её в 512 раз. Полученный сигнал FCLK по ступает на остальные блоки схемы не посредственно или через дополни тельные делители APB1, APB2 и ADC. Каждый из этих делителей имеет про граммные коэффициенты деления и позволяет снизить частоту для соответ ствующих ему блоков и периферии. Например, блоки ядра и памяти мик роконтроллера работают на частоте сигнальной шины AHB, а сигналы ши ны APB1 и APB2 имеют собственные де лители с коэффициентами от 1 до 16. Блок ADC имеет делитель частоты от 2 до 8 единиц. На схеме указаны мак симально допустимые значения час тот для блоков. Благодаря делителям, имеющим программные коэффициенты деления,

можно довольно гибко изменять часто ту синхронизации для конкретных бло ков в зависимости от их назначения. В системе тактирования также присут ствуют элементы для отключения сигна лов тактовой частоты от периферийных блоков. По умолчанию практически все блоки отключены. Это сделано с целью экономии энергии за счёт отключения неиспользуемых в работе блоков. Различные периферийные блоки подключены к разным сигнальным шинам. Например, порты ввода выво да подключены к шине APB2, блок ин терфейса I2C – к шине APB1, контрол лер прямого доступа памяти – к шине AHB и т.д. Это необходимо учитывать при включении тактирования соотве тствующих функциональных блоков микроконтроллера. Подключение сигналов тактовых час тот к периферийным блокам произво дится через регистры RCC_APB1ENR и RCC_APB2ENR.

ПРОГРАММНАЯ ИНИЦИАЛИЗАЦИЯ Инициализацию системы тактирова ния следует производить после того, как будут определены необходимые источ ники генерации и диапазоны значений тактовых частот для всех блоков. Система тактирования предоставля ет также возможность проверять рабо

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

WWW.SOEL.RU

©СТА-ПРЕСС

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ

Листинг 2. Фрагмент программы обработчика немаскируемых прерываний NMI // Обработчик немаскируемых прерываний NMI, вызываемый при сбое HSE void NMI_Handler(void) { // Сбросить флаг системы контроля CSS if (RCC >CIR & RCC_CIR_CSSF) RCC >CIR| = RCC_CIR_CSSC; }

Листинг 3. Пример инициализации, запуска и выбора PLL для тактирования STM32 char PLL_MUL = 12; // Коэффициент умножения PLL RCC >CFGR2 &=~(RCC_CFGR2_PREDIV1); // Обнуление делителя HSE RCC >CFGR2| = RCC_CFGR2_PREDIV1_DIV4; // Делить частоту HSE на 4 RCC >CFGR &=~((RCC_CFGR_PLLSRC|RCC_CFGR_PLLXTPRE|RCC_CFGR_PLLMULL)); // Обнуле ние RCC >CFGR| = RCC_CFGR_PLLSRC_PREDIV1; // Тактировать PLL от HSE/PREDIV1 RCC >CFGR| = ((PLL_MUL – 2)<<18); // Умножить частоту PLL_MUL RCC >CR| = RCC_CR_PLLON; // Запустить PLL while((RCC >CR & RCC_CR_PLLRDY)==0) {} // Ожидание готовности PLL RCC >CFGR &=~RCC_CFGR_SW; // Очистить биты SW0 и SW1 RCC >CFGR| = RCC_CFGR_SW_PLL; // Тактирование с выхода PLL while((RCC >CFGR&RCC_CFGR_SWS)!=0x08){} // Ожидание переключения на PLL

RCC_CR. Готовность генераторов к ра боте можно проследить по установке флагов HSERDY, HSERDY или PLLRDY того же регистра. В листинге 1 приведён фрагмент кода программы на языке Си, осуществляющий данную процедуру. Бит включения генератора HSION так же может быть установлен аппаратно при входе в режимы микроконтроллера Stop или Standby. При этом бит HSEON будет сброшен в нулевое состояние. В случае определения защитной системой сбоев в работе генератора HSE, настроен ного в качестве системного генератора непосредственно или через PLL, автома тически будет установлен бит HSION. Для снижения энергопотребления генератор, не используемый как тактовый в теку щий момент, может быть отключён сбро сом бита HSION или HSEON. Встроенная система контроля CSS блока тактирования микроконтролле ров STM32 способна отслеживать от каз или нестабильную работу генера тора HSE, осуществлять автоматиче ское переключение тактирования на встроенный генератор HSI с автомати ческим вызовом немаскируемого пре рывания NMI. Для включения в работу системы CSS необходимо установить бит CSSON регистра RCC_CR с по мощью следующего оператора:

ЛИТЕРАТУРА 1. https://www.st.com 2. http://www.st.com/web/en/resource/

RCC >CR| = RCC_CR_CSSON; // Раз решить работу системы защиты HSE WWW.SOEL.RU

technical/document/reference_manual/ CD00246267.pdf СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

©СТА-ПРЕСС

ту некоторых важных блоков с по мощью битовых флагов готовности, что позволяет осуществлять проверку активации инициируемых блоков в процессе самой инициализации. После включения или сброса микро контроллер тактируется от встроенно го RC генератора HSI. В процессе ра боты возможно переключение источ ника тактовых импульсов при помощи установки соответствующей комбина ции двух младших битов SW (System clock switch) регистра RCC_CFGR: SW[1:0] = 00: тактирование от HSI; SW[1:0] = 01: HSE; SW[1:0] = 10: PLL; SW[1:0] = 11: зарезервировано. Определить, какой из генераторов в данный момент используется в каче стве тактового, можно по состоянию битов SWS (System clock switch status): SWS[1:0] = 00: используется генера тор HSI; SWS[1:0] = 01: используется генера тор HSE; SWS[1:0] = 10: тактирование от бло ка PLL; SWS[1:0] = 11: зарезервировано. Перед выбором источника тактового сигнала необходимо предварительно произвести его запуск и удостоверить ся в его готовности к работе. Включение генераторов HSI, HSE и PLL производится установкой би тов HSION, HSEON и PLLON регистра

С целью исключения повторных вы зовов в обработчике немаскируемых прерываний NMI необходимо сбро сить флаг системы CSS (см. листинг 2). До того как PLL будет выбран для так тирования микроконтроллера уста новкой битов SW[1:0] = 10 регистра RCC_CFGR, необходимо выбрать ис точник входной частоты блока, а так же проинициализировать параметры входных источников и самого моду ля PLL. Выбор входного источника для PLL осуществляется записью бита PLLSRC конфигурационного регистра системы тактирования RCC_CFGR: PLLSRC = 0: HSI/2, выбран генератор HSI с делением частоты на 2; PLLSRC = 1: выбран генератор HSE/ PREDIV1. Биты PREDIV1 регистра RCC_CFGR2 задают коэффициент предварительно го деления частоты генератора HSE от 1 до 16 перед его подачей на вход PLL по следующей формуле: n = PREDIV1[3:0] + 1. Назначение этих битов приведено ниже: PREDIV1[3:0] = 0000 ( 0): нет деления; PREDIV1[3:0] = 0001 ( 1): деление на 2; PREDIV1[3:0] = 0010 ( 2): деление на 3; … PREDIV1[3:0] = 1110 (14): деление на 15; PREDIV1[3:0] = 1111 (15): деление на 16. Блок PLL осуществляет умножение входной частоты в соответствии со значением комбинации битов PLLMUL регистра RCC_CFGR по формуле m = = PLLMUL[3:0] + 2, но не более чем в 16 раз. Биты PLLMUL[3:0] соответствуют разрядам [21:18] регистра RCC_CFGR. Ниже приведено их назначение: PLLMUL[3:0] = 0000 ( 0): умножение на 2; PLLMUL[3:0] = 0001 ( 1): умножение на 3; PLLMUL[3:0] = 0010 ( 2): умножение на 4; … PLLMUL[3:0] = 1101 (13): умножение на 15; PLLMUL[3:0] = 1110 (14): умножение на 16; PLLMUL[3:0] = 1111 (15): тоже умно жение на 16. В листинге 3 пример инициализа ции, запуска и выбора PLL для тактиро вания микроконтроллера STM32: Более подробное описание назначе ния регистров системы тактирования можно найти в источнике [2].

Реклама ©СТА-ПРЕСС

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ

Мощные светодиоды Philips Lumileds – от истоков до новинок рынка

Данная статья является обзором полупроводниковых светодиодов Philips Lumileds. Компания Philips в начале 2000 х годов впервые разработала мощные светодиоды, ставшие в последнее время самыми перспективными источниками света для осветительных приборов настоящего и будущего.

ВВЕДЕНИЕ

НЕМНОГО ИСТОРИИ

Реалии современного рынка све тотехнических изделий значитель но меняются благодаря новинкам светодиодной промышленности. В последнее время появилось большое количество приборов, созданных на основе мощных светодиодов. Их разработка – результат значитель ного прорыва в физике и техноло гии изготовления светодиодов, ко торый произошёл в середине 90 х годов ХХ века, благодаря созданию гетероструктур на основе нитрида галлия и его твёрдых растворов [1–4]. Новые эффективные светодио ды на основе этих материалов, полу чившие название «сверхъяркие», пере крыли коротковолновую часть види мого спектра – от ультрафиолетовой до жёлтой области [1–5]. Кроме то го, на этих светодиодах были по лучены невиданные до того време ни значения квантового выхода и КПД [1–6]. Одновременно сущест венно повысилась эффективность светодиодов на основе гетерострук тур других полупроводниковых соединений типа A IIIB V, излучающих свет от жёлто зелёного до ближнего инфракрасного диапазона. В основ ном это были структуры на основе фосфида галлия (GaP) и арсенида галлия (GaAs) и их твёрдых раство ров – фосфида алюминия индия галлия (AlInGaP) и арсенида алюми ния галлия (AlGaAs), а также твёр дого раствора арсенида фосфида галлия (GaAsP). Как следствие, све тодиоды стали рассматриваться как источники света не только для ин дикации, но и для сигнализации, отображения и передачи инфор мации, а впоследствии и для общего освещения.

В начале 1960 х годов появились первые светодиоды на основе GаР красного и зелёного свечения [3, 7, 8]. В то время полупроводниковые матери алы уже стали применяться для созда ния биполярных и полевых транзис торов [7]. В процессе исследований и разработок было установлено, что по лупроводники являются наилучшими материалами для изготовления излу чающих устройств [7]. Серийный выпуск светодиодов на основе GаАsР был налажен в 1968 го ду компанией Monsanto Corporation [3, 7, 8]. Светодиодные кристаллы, выпускаемые этой компанией, пред ставляли собой GаАsР структуры с р–n переходом, выращенные на GаАs подложках и излучающие фотоны с длиной волны, соответствующей крас ному диапазону видимого спектра [7]. Вообще, 1968 год можно назвать на чалом эры твердотельных излуча телей. В течение нескольких после дующих лет продажи таких светодио дов стремительно росли, практиче ски удваиваясь каждые несколько ме сяцев [7]. В 1968 году компания Hewlett Packard занялась разработками и производством светодиодов на ос нове GaP и его твёрдых растворов с использованием разработанной в то время технологии получения пластин GаР из расплавов при вы соких температурах и давлениях [3, 7, 8]. Из таких пластин при помо щи резки формировались подложки, на основе которых выращивались структуры четверного соединения AlInGaP [7]. Аналогичная технология использу ется и в настоящее время. Дело в том, что структуры на основе АlInGаР под

WWW.SOEL.RU

ходят для получения яркого свечения в красном (626 нм), оранжевом (610 нм) и жёлтом (590 нм) спектральных диа пазонах, и в данный момент являются основой для изготовления светодио дов повышенной яркости, излучаю щих свет в данном интервале длин волн [7]. Разработав технологию выращи вания структур на основе AlInGaP [7], компания Hewlett Packard получила линейку светодиодов, перекрываю щих длинноволновую область спект ра, а именно красный, оранжевый и жёлтый цветовые диапазоны све чения. Особое развитие технология про изводства светодиодов на основе АlInGаР получила в конце 1980 х. Это было связано, во первых, с созданием в активной области, состоящей из нескольких квантовых ям, распреде лённых отражателей Брэгга и, во вто рых, разработкой технологии изго товления прозрачных GаР подложек [3, 7, 8]. Специалисты компании Hewlett Packard активно участвовали в работах по совершенствованию технологии выращивания AlInGaP структур [7] и добились значительных успехов: к концу 1980 х – началу 1990 х годов светодиоды Hewlett Packard красного и жёлтого свечения устанавливались во многих устройст вах, а кристаллы, выпускаемые этой компанией, использовали в своих изделиях многие производители све тодиодов. В том числе красные и жёлтые светодиоды Hewlett Packard были применены разработчиками НПФ «Свеча» в первых светодиодных светофорах, установленных к 850 летнему юбилею в Москве в 1997 году [7, 9, 10]. Для создания светодиодов коротко волнового излучения в синей и зелё ной областях нужно было найти ма териал с более высоким значением ширины запрещённой зоны [3, 7, 8]. Таким материалом стал GаN. Иссле дования этого материала, проводив шиеся различными исследовательски ми группами на протяжении более СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

©СТА-ПРЕСС

Игорь Матешев, Алина Муленкова, Андрей Туркин, Константин Шамков (Москва)

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ

20 лет [2–4], показали, что без леги рования он обладает проводимостью n типа, и для получения р–n перехо да требовалось подобрать соответ ствующую примесь р типа [7]. Дан ную проблему в середине 90 х годов XX века решили сотрудники япон ской компании Nichia Chemical во главе с Шуджи Накамурой [1–9], ко торые, разработав новую систему вы ращивания GaN методом металлоор ганической газофазной эпитаксии, получили первые светодиоды сине го, голубого и зелёного цвета свече ния на основе гетероструктур GaN и его твёрдых растворов InGaN и AlGaN. КПД этих светодиодов достигал 10% [3, 6, 7]. Полученные результаты дали им пульс развитию работ во всем мире. Вслед за компанией Nichia технологию выращивания светодиодных кристал лов на подложках из сапфира (Al2O3) освоили специалисты и других компа ний, одними из первых были сотруд ники компании Hewlett Packard [7], зелёные светодиоды которой появи лись на рынке уже в 1997 году.

В 1999 году корпорациями Philips и Hewlett Packard была создана компа ния Lumileds. Новая компания созда валась одновременно двумя концер нами лидерами в своих областях – светотехнике и полупроводниковой оптоэлектронике соответственно. Целью создания этой компании была разработка источника света на осно ве светодиодов. Этот источник дол жен был стать принципиально но вым источником света для примене ния в светотехнике. Дело в том, что за несколько лет до этого, в середи не 90 х годов ХХ века, исследовате ли фирмы Nichia показали, что крис таллы на основе GaN и его твёрдых растворов подходят для получения светодиодов белого свечения. Был предложен метод использования лю минофоров, преобразующих длину волны синего свечения кристалла в жёлто зелёное свечение [3, 7, 8], и как результат, сложения сигналов в ука занных диапазонах, получался белый цвет. В 2003 году компанией Lumileds был сделан первый мощный светодиод бе

лого цвета свечения Luxeon I со све товым потоком более 25 лм и свето вой отдачей более 20 лм/Вт [3, 7, 8]. Светодиоды Luxeon I сразу превзо шли по световой отдаче лампы нака ливания почти в два раза, что позволи ло начать говорить о светодиодах как о новых и эффективных источниках света. Это было принципиально новое изделие [7] по многим параметрам – по размеру кристалла, значению ра бочего тока, корпусу и т.д. Именно этим своим изделием компания Lu mileds открыла новый класс светодио дов, получивших название мощных светодиодов – тех светодиодов, ко торые можно использовать как источ ники света для осветительных прибо ров [7]. В дальнейшем мощные светодиоды стали выпускать и другие производите ли. Они провели доработку конструк ции корпуса за счёт применения раз ных материалов с высоким коэффи циентом теплопроводности, а также используя линзы из различных мате риалов – пластика, кварцевого стекла или силикона.

МИКРОСХЕМЫ ДЛЯ СВЕТОДИОДНЫХ ДРАЙВЕРОВ

MP4001 без гальванической развязки, внешний силовой ключ MP4034 для драйверов c гальванической развязкой, встроенный силовой ключ 700 В

ОФИЦИАЛЬНЫЙ ДИСТРИБЬЮТОР КОМПАНИИ MPS

АКТИВНЫЙ КОМПОНЕНТ ВАШЕГО БИЗНЕСА

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

WWW.SOEL.RU

©СТА-ПРЕСС

Тел.: (495) 232-2522 • факс: (495) 234-0640 • info@prochip.ru • www.prochip.ru

ОБЗОР МОДЕЛЕЙ СВЕТОДИОДОВ LUXEON REBEL КОМПАНИИ PHILIPS LUMILEDS В 2006 году компания Lumileds по меняла собственника и название – концерн Philips выкупил все акции компании, а сама компания стала на зываться Philips Lumileds [7]. Под этим новым названием компания разработала новую серию светодио дов – Luxeon Rebel. Применение но вых материалов с более высоким коэффициентом теплопроводности для корпуса позволило существенно сократить его размеры, а примене ния новых материалов для линз – увеличить коэффициент вывода света из корпуса светодиода. Кроме того, кристаллы для серии Luxeon Rebel изготавливают с применением технологии отсоединения струк туры от подложки Al 2O 3 (lift off тех нология) [2, 4, 7], что уменьшает ко личество дефектов и дислокаций и, тем самым, повышает их квантовый выход.

Отличительным свойством светоди одов Luxeon Rebel являются высокие значения светового потока и световой отдачи, а также их высокая надёж ность. В серию входят несколько се мейств, которые можно чётко разде лить по типам применений. Рассмотрим кратко основные харак теристики нескольких семейств, вхо дящих в серию Luxeon Rebel. Светодиоды семейства Luxeon Rebel General Purpose White (GPW) выпуска ются всех оттенков белого цвета и ре комендуются производителем для раз работки источников света белого цве та свечения. Данные светодиоды могут использоваться в любых устройствах, где требуется получить хороший бе лый цвет [7]. Светодиоды семейства Luxeon Rebel Illumination могут быть ис пользованы в осветительных прибо рах и системах освещения [7]. Свето диоды данного семейства соответ ствуют оптимальным для освещения областям белого цвета и имеют

Таблица 1. Основные характеристики мощных светодиодов Luxeon

Угол, °

Макс. ток, мА

Напряжение, В @ 350 мА (Tj = 25°C)

Цветовая температура, K RQ, C/Вт

Цвет

CRI мин.

макс.

Световой поток лм @ 350 мА (Tj = 85°C) мин.

Luxeon Rebel General Purpose White (GPW) 90 100

Холодный белый

4500

10000 110 120

160

700

3,00

10 90 100

Естественный белый

3500

4500 110 120

Luxeon Rebel Illumination 65 70 85 Тёплый белый

2700

3000

75 66

90 160

700

3,00

Естественный белый

50 3500

85 Холодный белый

75 4000

6500

90 90

70 90 Luxeon A 89 Тёплый белый 160

1000

2,72

2700

3000

97 75

Холодный белый

102 85

4000

WWW.SOEL.RU

5000 106

оптимизированный индекс цветопе редачи для разных областей белого цвета. Серия мощных светодиодов раз личного цвета свечения Luxeon Rebel Direct Color имеет все цвета свечения, соответствующие видимому диапазо ну спектра – от красного до синего [7]. Эти светодиоды рекомендуются для применения в архитектурно ху дожественном и декоративном осве щении. Характерной особенностью мощ ных светодиодов Luxeon Rebel ES, предназначенных для разработки светильников и ламп [7], является сниженное значение прямого напря жения. При токе 350 мА потребляе мая мощность составляет ровно 1 Вт, поэтому значение светового потока соответствует значению световой отдачи. Данные светодиоды имеют рекомендуемый рабочий ток 700 мА, что позволяет получить больший световой поток со светодиода в из делии, при этом эффективность остаётся достаточно высокой [7]. Вследствие этого становится воз можным получить более яркий ис точник света. Кроме описанных выше светодио дов серии Luxeon Rebel стоит отметить ещё два семейства светодиодов Lu xeon, также выпускаемых компанией Philips Lumileds. Серия мощных светодиодов Lu xeon H предназначена для разработки светодиодных ламп. Данные светоди оды имеют хороший тепловой дизайн корпуса и обладают стабильной цве товой температурой [7]. Кроме того, возможно питание данных светодио дов непосредственно от источника переменного тока, что для разработки светодиодных ламп является особен но важным [7]. Серия мощных светодиодов Lu xeon A оптимальна для применения в светотехнических приборах, где требуется не только стабильность цветовой температуры, но и её одно родность по поверхности источни ка света или изделия [7]. Данные све тодиоды выпускаются с очень ма леньким разбросом цветовой тем пературы (порядка ±45 K, что со ответствует 3 шаговому эллипсу Мак Адама [7, 8]). Это приводит к о т с у т с т в и ю н е о б хо д и м о с т и р а з биновки светодиодов по цветовой температуре. Приобретая такие све тодиоды, разработчик устройства СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

©СТА-ПРЕСС

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ

Рис. 1. Мощный светодиод Luxeon Rebel Plus

Рис. 2. Мощный светодиод Luxeon R

Рис. 3. Мощный светодиод Luxeon M

заранее может знать цветовую тем пературу своего изделия с высокой степенью точности. Также стоит от метить, что производитель даёт характеристики данных светодио дов при температуре p–n перехо да 85°C. Основные характеристики упомяну тых выше светодиодов приведены в таблице 1.

выполнен в стандартном корпусе Lu xeon Rebel. Светодиоды Luxeon R вы пускаются всех оттенков белого цвета, и рекомендуются производителем для разработки светодиодных ламп и све тильников. Основные характеристики Luxeon R приведены в таблице 3. Светодиоды нового семейства Lu xeon M (см. рис. 3) работают от источ ника напряжения 12 В, что делает их идеальными для создания на их осно ве эффективных источников света – светодиодных ламп – для систем низ ковольтного питания. При токе 700 мА

потребляемая мощность составит всего 8 Вт, а световая отдача в таком режиме будет равна приблизительно 114 лм/Вт. Также стоит отметить, что данный светодиод имеет достаточно низкое значение теплового сопротивления от активной области (p–n перехода) кристалла до точки пайки (обратной стороны основания) светодиода, кото рое составляет 1,25°C/Вт. Светодиоды также отличаются ста бильностью цветовой температуры. Основные характеристики светоди одов Luxeon M приведены в таблице 4.

Более подробно стоит остановиться на обзоре новых серий светодиодов компании Philips Lumileds, которые были выпущены на рынок в последние несколько месяцев. Светодиоды нового семейства Lu xeon Rebel Plus (см. рис. 1) представля ют собой новое поколение светодио дов Luxeon Rebel GPW. Они также вы пускаются всех оттенков белого цвета и рекомендуются производителем для разработки источников света белого цвета свечения. Светодиоды Luxeon Rebel Plus имеют высокий индекс цве топередачи и низкое прямое напряже ние. Кроме того, стоит отметить, что для данных светодиодов, а также для всех новых моделей Luxeon отсут ствует необходимость разбиновки по цветовой температуре, и их ха рактеристики приведены произво дителем при температуре p–n пере хода 85°C. Светодиоды Luxeon Rebel Plus сле дует использовать для получения хорошего белого цвета. Их основ ные характеристики приведены в таблице 2. Светодиоды нового семейства Lu xeon R (см. рис. 2) отличаются высо кой световой отдачей – до 115 лм/Вт при токе 700 мА, и стабильностью цве товой температуры. Данный светоди од, как и светодиод Luxeon Rebel Plus, СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

Таблица 2. Основные характеристики Luxeon Rebel Plus Цветовая Световой поток, лм @ 350 мА (Tj = 85°C) Мин. CRI температура, K мин. тип.

Угол, °

Макс. ток, мА

Напряжение, В @ 350 мА (Tj = 85°C)

Холодный белый

120

700

2,76

Естественный белый

120

700

2,76

Цвет

Тёплый белый

120

700

2,76

Код заказа

5000

106

LX18 PI50 Y

4000

103

LX18 PI40 Y

3500

LX18 PI35 Y

3000

LX18 PI30 Y

2700

LX18 PI27 Y

Таблица 3. Основные характеристики Luxeon R

Цвет

Угол, °

Холодный белый

120

Естественный белый

120

Тёплый белый

120

Макс. ток, мА

1000

Напряжение, В @ 700 мА (Tj = 85°C)

Цветовая Мин. CRI температура, K

Световой поток, лм @ 350 мА (Tj = 85°C) мин.

тип.

Код заказа

6500

200

220

LXA7 PW65

5700

200

220

LXA7 PW57

5000

200

225

LXML PWN2

4000

200

220

LXM8 PW35

3000

160

185

LXW9 PW30

2,88

Таблица 4. Основные характеристики Luxeon M Цветовая Световой поток, лм @ 350 мА (Tj = 85°C) Мин. CRI температура, K мин. тип.

Угол, °

Макс. ток, мА

Напряжение, В @ 700 мА (Tj = 85°C)

Холодный белый

120

1050

11,2

5700

840

905

LXR7 SW57

Естественный белый

120

1050

11,2

4000

840

905

LXH8 SW40

Цвет

WWW.SOEL.RU

Код заказа

©СТА-ПРЕСС

НОВЫЕ МОДЕЛИ СВЕТОДИОДОВ LUXEON REBEL КОМПАНИИ PHILIPS LUMILEDS

Рис. 4. Мощный светодиод Luxeon T

Рис. 5. Мощный светодиод Luxeon Z

Рис. 6. Светодиодный модуль Luxeon K

Новая серия светодиодов Luxeon T (см. рис. 4) предназначена как для внешнего, так и для внутреннего осве

щения. Благодаря высокой световой отдаче, надёжности и однородности цвета светодиоды этой серии хорошо

подходят для производителей светиль ников типа downlight и промышлен ного освещения. Их основные характеристики при ведены в таблице 5. Совсем недавно компания Philips пополнила свой ассортимент мощ ных светодиодов новой серией све тодиодов Luxeon Z (см. рис. 5). От личительной особенностью нового светодиода стал очень маленький размер – площадь основания состав ляет всего 2,2 мм 2. В сочетании с

Таблица 5. Основные характеристики Luxeon T Цвет

Холодный белый

Угол, °

Макс. ток, мА

Напряжение, В @ 700 мА (Tj = 85°C)

Цветовая Световой поток, лм @ 350 мА (Tj = 85°C) Мин. CRI температура, K мин. тип.

Код заказа

120

2700

170

186

LXH8 FW27 Y

120 120

80 80

3000 3500

180 190

197 208

LXH8 FW30 Y LXH8 FW35 Y

1000

2,80

Естественный белый

120

5000

190

222

Тёплый белый

120

3000

130

160

LXH8 FW40 Y LXH8 FW50 Y LXH9 FW30 Y

Таблица 6. Основные характеристики Luxeon Z Цвет

Угол, °

Макс. ток, мА

Напряжение, В @ 500 мА (Tj = 85°C)

Зелёный

Длина волны, нм

Световой поток, лм @ 500 мА (Tj = 25°C)

Код заказа

мин.

макс.

мин.

тип.

520

540

104

106

490

508

LXZ1 PE01 0072

460

480

LXZ1 PB01 0048 LXZ1 PR01 0600

LXZ1 PM01 0104

128 Сине зелёный 3,00

Голубой 124 Синий

440

460

600

620

Красный

620

645

350

360

LXZ1 PA01 0350

Тёмно красный

650

670

LXZ1 PD01 0056

610

620

LXZ1 PH01 0072

584,5

597

LXZ1 PL01 0064

700

140

2,15

Оранжевый Жёлтый

Таблица 7. Основные характеристики Luxeon K Цвет

Естественный белый

Угол, °

Макс. ток, мА

100

120

Цветовая Световой поток, лм @ 700 мА Мин. (Tj = 25°C) температура, CRI K мин. тип. 355

410

LXK8 PW40 0004

800

815

LXK8 PW40 0008

1175

1240

LXK8 PW40 0012

1620

1650

LXK8 PW40 0016

2300

2375

LXK8 PW40 0024

10,5

330

370

LXK8 PW30 0004

730

740

LXK8 PW30 0008

1070

1125

LXK8 PW30 0012

1475

1500

LXK8 PW30 0016

2100

2250

LXK8 PW30 0024

310

345

LXK8 PW27 0004

680

690

LXK8 PW27 0008

990

1045

LXK8 PW27 0012

1380

1395

LXK8 PW27 0016

1960

2090

LXK8 PW27 0024

3000

31,5

10,5

4000

21 31,5

Код заказа

10,5 31,5

1050

Тёплый белый

Напряжение, В @ 700 мА (Tj = 85°C)

2700

WWW.SOEL.RU

широким диапазоном цветов и от крытым корпусом это позволяет соз давать огромное количество комби наций, необходимых для самых раз ных светильников. Возможность создавать светодиод ные модули в формате 2 × 2, 3 × 2, 6 × 1, как с единым, так и смешанным цве том, открывает новые горизонты для производителей. Помимо этого, конст рукция Luxeon Z позволяет отказаться от использования вторичной оптики и сразу включать в конструкцию необ ходимые линзы. Основные характеристики свето диодов Luxeon Z приведены в таб лице 6. В последнее время всё большую по пулярность приобретают светодиод ные модули. Сочетая в себе такие ка чества, как яркость, простота установ ки и проектирования, светодиодные модули обеспечили себе прочное по ложение на рынке. Всё больше произ водителей включают их в свою линей ку продукции [11]. Не осталась в стороне и компания Philips Lumileds, выпустившая свой но вый светодиодный модуль Luxeon K (см. рис. 6). Он отличается высоким световым потоком (до 2500 лм), ста бильностью цветовой температуры и высокой надёжностью. Механическое крепление также упрощает разработку и изготовление систем освещения на их основе. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

©СТА-ПРЕСС

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ

Основные характеристики светоди одных модулей Luxeon K приведены в таблице 7.

В настоящее время специалисты компании Philips Lumileds, приняв шие эстафету у своих предшествен ников, продолжают разрабатывать интересные продукты, оставаясь сре ди лидеров светодиодного рын ка. Чёткая сегментация светодиодов компании Philips Lumileds под то или иное направление светотехники де лает их весьма привлекательными для разработчиков конечных из делий.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Рассмотренный исторический обзор светодиодов компании Philips Lumi leds, а до неё компании Hewlett Packard, позволяет продемонстрировать основ ные направления, в которых компа ния, являвшаяся одним из лидеров светодиодного рынка, развивала свою технологию производства светодио дов. Специалисты компании в разное время были в числе основных разра ботчиков сначала технологии GaP и его соединений, а затем и GaN и его твёрдых растворов. Они вслед за япон скими компаниями отработали техно логию выращивания гетероструктур GaN и его твёрдых растворов на под ложках Al2O3. Особо стоит ещё раз отметить, что именно разработчики Philips Lumileds, создав первый мощный светодиод Lu xeon I, подарили миру возможность использования светодиодов в качестве источников света для осветительных приборов.

проводниковая светотехника, 2011, № 6, С. 44–47. 5. Золина К.Г., Кудряшов В.Е., Туркин А.Н., Юно вич А.Э. Спектры люминесценции голу бых и зелёных светодиодов на основе многослойных гетероструктур InGaN/ AlGaN/GaN с квантовыми ямами. ФТП, 1997, том 31, N9, С. 1055–1061. 6. Туркин А.Н., Юнович А.Э. Измерения мощ ности излучения голубых и зелёных InGaN/AlGaN/GaN светодиодов с по мощью фотопреобразователей из аморф ного кремния. Письма в ЖТФ, 1996,

ЛИТЕРАТУРА

том 22, вып. 23, С. 82–86, .

1. Юнович А.Э. Светодиоды на основе гетеро

7. Туркин А.Н. Светодиоды Lumileds: прош

структур из нитрида галлия и его твёрдых

лое, настоящее, будущее. Полупроводни ковая светотехника, 2012, № 2, С. 6–9.

растворов. Светотехника, 1996, вып. 5/6,

8. Шуберт Ф.Е. Светодиоды. М.: ФизМатЛит,

С. 2–7.

2008.

2. Туркин А.Н. Нитрид галлия как один из перспективных материалов в современ

9. Юнович А.Э. Ключ к синему лучу или о све

ной оптоэлектронике. Компоненты и тех

тодиодах и лазерах, голубых и зелёных. Химия и жизнь, 1999, № 5–6, С. 46–48.

нологии, 2011, № 5, С. 176–180. 3. Туркин А.Н. Полупроводниковые свето

10. Тринчук Б.Ф. Светосигнальная аппарату

диоды: история, факты, перспективы.

ра на светодиодах. Светотехника, 1997, № 5, С. 6–11.

Полупроводниковая светотехника, 2011,

11. Дорожкин Ю., Матешев И., Туркин А. Све

№ 5, С. 28–33. 4. Туркин А.Н. Обзор развития технологии

тодиодные модули серии CXA компании

полупроводниковых гетероструктур на

Cree. Полупроводниковая светотехника,

основе нитрида галлия (GaN). Полу

2013, № 1, С. 36–39.

ИННОВАЦИИ: ЭТО ПЕРВЫЙ БЕСПИЛОТНИК, СПОСОБНЫЙ САДИТЬСЯ НА АВИАНОСЕЦ

Northrop Grumman X-47B Первый БПЛА «летающее крыло», способный к автономной посадке на палубу авианосца Первый полет: авиабаза Эдвардс, 29 минут, 4 февраля 2011 года

Корпорация Northrop Grumman выбрала ОС реального времени VxWorks в качестве программной платформы для своей программы UCAS-D, а GE Aviation – в качестве базовой ОС для ядра всех компьютеров UCAS-D (Common Core System), бортовых сетей и электроники сопряжения. Это позволило разработать ответственные системы управления БПЛА в рамках установленных сроков и бюджета. Потому что когда инноваторы работают вместе, даже небо – не предел.

ИННОВАЦИИ НАЧИНАЮТСЯ ЗДЕСЬ.

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

WWW.SOEL.RU

©СТА-ПРЕСС

МОСКВА Тел.: (495) 234-0636 • Факс: (495) 234-0640 • info@prosoft.ru • www.prosoft.ru С.-ПЕТЕРБУРГ Тел.: (812) 448-0444 • Факс: (812) 448-0339 • info@spb.prosoft.ru • www.prosoft.ru

ОФИЦИАЛЬНЫЙ ПОСТАВЩИК ПРОДУКЦИИ WIND RIVER

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ

Форм фактор StackPC – новый подход к разработке встраиваемых модулей и систем Часть 2. Стандарт StackPC и системы на его основе Продолжение

Рассмотрены стандарты StackPC и PCIe/104, отмечены преимущества и недостатки этих форм факторов для различных областей применения. Описан стековый метод построения систем на базе StackPC и модели применения стековых модулей в составе защищённых компьютеров и встраиваемых устройств.

ДАЛЬНЕЙШЕЕ РАЗВИТИЕ СТАНДАРТА STACKPC – FPE В предыдущей статье отмечалось, что развитие стандарта PCIe/104 при вело к появлению двух типов назна чения контактов основного разъёма расширения – Type I, II. В стандарте StackPC, вместо введения альтерна тивных назначений контактов одно го разъёма, дальнейшее развитие стандарта представлено в виде вто рого, дополнительного разъёма рас ширения FPE (Fat Pipe Extension – расширение шинами с высокой про пускной способностью). Разъём FPE призван заменить устаревающее и постепенно отходящее на задний план расширение шиной PCI. В ка честве замены был выбран высоко скоростной разъём высокой плотнос ти с поверхностным типом монтажа (см. рис. 8). На данном разъёме в каче стве возможного варианта шины рас ширения для модулей StackPC FPE размещена шина PCIe x16, отсутству ющая на разъёме StackPC и PCIe/104 Type 2. Для стековой архитектуры средней производительности она по прежнему может быть не востребова

Рис. 8. Разъём расширения FPE

на. Но в высокопроизводительных устройствах, например, на базе про цессоров Core i7, она присутствует и может использоваться в режимах PCIe 2x8 или 2x4. Следует отметить, что специфика ция StackPC предполагает использова ние стековых плат в качестве COM мо дулей, для которых шина PCIe x16 пре доставляет больше возможностей и областей применения, чем для стека. На плате носителе для COM модулей легко располагаются один или два разъёма PCIe x16, в которых можно ис пользовать распространённые на рын ке видеокарты, модули оцифровки ви део и ввода вывода. Можно установить два слота XMC для карт расширения Switch Mezzanine Card (XMC) и многое другое. Поэтому в стандарте StackPC шина PCIe x16 на разъёме FPE имеет больше областей применения, чем в модулях PCIe/104 Type 1. Для более полного соответствия функционального набора модулей StackPC FPE требованиям COM реше ний не хватает лишь видеоинтерфей са: плата носитель без возможности подключения дисплея ущербна как на этапе наладки, так и на этапе эксплуатации. Конечно, можно обой тись модулем расширения, но сис тема с поддержкой шины PCIe x16 обязательно содержит графическую подсистему, пусть и не такую произ водительную, как на дискретном ви деопроцессоре. Для поддержки функ ционала видео на разъёме FPE зало жен интерфейс Display Port, который широко распространён на современ ных модулях и не требует лицензи рования, в отличие от HDMI. Допол нительно для мощных модулей рас WWW.SOEL.RU

ширения на разъёме FPE заложено 3 вывода питания +12 В с нагрузкой по 1 А. Менее мощные платы расшире ния могут использовать только +5 В с разъёма StackPC. Все оставшиеся выводы, за исклю чением выводов заземления (GND), формируют конфигурируемую сек цию (см. табл. 4). Назначение контак тов этой секции предлагается оста вить на усмотрение производителя процессорных модулей. В специфи кации оговаривается ряд профилей и присваивается каждому профилю свой код. В дальнейшем, по мере раз вития новых интерфейсов и их внед рения во встраиваемые системы, чис ло профилей может возрасти. Если в стеке встречаются два несовместимых профиля, то возникает ошибка сте ка, – аналогично механизму защиты не совместимых типов PCIe/104. Однако для задания типа профилей FPE ис пользуются отдельные выводы Con figType 0, 1, 2. Профили FPE не распро страняются на общие интерфейсы, та кие как PCIe x16 и Display Port. Это заметно упрощает понимание и реа лизацию механизма обнаружения ошибки. На данный момент спецификация StackPC определяет три основных профиля для конфигурируемой сек ции – 0, 1 и 7. Нулевой профиль указы вает, что данная секция используется модулем по своему усмотрению, от личному от предопределённых в спе цификации вариантов. Типичное при менение – это заказное исполнение изделия под конкретные цели, ориен тированные на применение с заказ ными интерфейсными модулями или платами носителями. Совместимость модулей такого профиля должна быть определена и оговорена производи телем. Седьмой профиль, в отличие от нуле вого, указывает, что модуль не исполь зует выводы данной секции. На про цессорном модуле они никуда не под ключены; на периферийных модулях СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

©СТА-ПРЕСС

Алексей Сорокин (Москва)

11–14

сент

013, ября 2

Росси

я, Мос

ква

И СТАВК НИК ВЫ УЧАСТ PO 1520 08/2 EX дD 2, стен ьон № Павил

ДОЛОМАНТ является партнером мировых лидеров по производству печатных плат

в соответствии с ТЗ заказчика, в том числе изделий специального назначения

Тел.: (495) 232-2033, Web: www.dolomant.ru,

©СТА-ПРЕСС

Более 400 000 наименований изделий иностранного производства под контролем военного представительства

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ

портами USB 3.0. На разъём FPE вы ведено только шесть Super Speed дифференциальных пар интерфейса USB 3.0, а пары USB 2.0, требуемые для работы портов, используются с разъ ёма StackPC, где их также 6 штук. Пер вый профиль максимально подходит для разработки стандартных плат но сителей для модулей расширения StackPC FPE.

Корпус Video Connector

User I/O 2x GbE 6x USB 2.0 Connectors Connectors 4x USB 3.0 Connectors

FBUS, SPI 2x SATA Connectors Connectors Интерфейсный модуль

Video, User I/O, USB 3.0

SATA, GbE, USB 2.0, FBUS

Безкабельная разводка интерфейсов

User I/O

PCI-E x4, x1

User I/O

Модуль расширения

LPC

User I/O

Модуль расширения

SPI

Модуль расширения

Video Processor

Модуль расширения

PCI-E x16 Onboard Memory FPE

Chipset

CPU

Процессорный модуль

StackPC

MAX 278W

Система охлаждения

Модуль источник питания

Источник питания

Разъём питания

СИСТЕМЫ НА БАЗЕ STACKPC

Система охлаждения

Рис. 9. Стековая защищённая система на базе StackPC они просто проходят с нижнего разъ ёма на верхний. Таким образом, седь мой профиль может рассматриваться как универсальный.

В спецификации определён ещё один профиль – первый. В данном ва рианте предложено дополнительное расширение функционала шестью

Как уже отмечалось, у модулей StackPC есть три основных типа при менения. Первый – это стек модулей одного формата, аналогично PC/104. Данный тип систем относится к мо дулям StackPC, адаптированным под форм фактор PCIe/104. Второй тип – расширение одноплатных компью теров или плат носителей произ вольного формата стековыми моду лями StackPC. Как правило, процес сорный модуль StackPC адаптируется под форм факторы EPIC, EBX, 3,5", ATX и аналогичные, а в качестве модулей расширения используют ся стековые модули StackPC или PCIe/104. Третий тип – это COM ре шения, аналогично COM Express, но с возможностью установки перифе рийных модулей между COM моду лем и платой носителем, но об этом ниже.

Таблица 4. Назначение контактов разъёма расширения FPE (профиль 0) 9

Configurable

AUX_CH+

HOT_PLUG

Configurable

AUX_CH'

GND

Configurable

DP_PWR

ML_L(1)p

Configurable

ML_L(3)p

ML_L(1)n

Configurable

ML_L(3)n

GND

Configurable

GND

ML_L(0)p

Configurable

ML_L(2)p

ML_L(0)n

Configurable

GND

Configurable

GND

Configurable

GND

ML_L(2)n

GND

Reserved

GND

PEx16_0T(6)p

GND

PEx16_0T(4)p

GND

PEx16_0T(2)p

GND

PEx16_0T(0)p

Reserved

PEx16_0T(7)p

PEx16_0T(6)n

PEx16_0T(5)p

PEx16_0T(4)n

PEx16_0T(3)p

PEx16_0T(2)n

PEx16_0T(1)p

PEx16_0T(0)n

PE_RST#

GND

PEx16_0T(7)n

GND

PEx16_0T(5)n

GND

PEx16_0T(3)n

GND

PEx16_0T(1)n

GND

PEx16_x8_x4_0Clkp

GND

PEx16_0R(6)p

GND

PEx16_0R(4)p

GND

PEx16_0R(2)p

GND

PEx16_0R(0)p

FPE_Bus_Err#

PEx16_x8_x4_0Clkn

PEx16_0R(7)p

PEx16_0R(6)n

PEx16_0R(5)p

PEx16_0R(4)n

PEx16_0R(3)p

PEx16_0R(2)n

PEx16_0R(1)p

PEx16_0R(0)n

Config_Type0

GND

PEx16_0R(7)n

GND

PEx16_0R(5)n

GND

PEx16_0R(3)n

GND

PEx16_0R(1)n

GND

Config_Type1

PEx16_x8_x4_1Clkp

GND

PEx16_0T(14)p

GND

PEx16_0T(12)p

GND

PEx16_0T(10)p

GND

PEx16_0T(8)p

Config_Type2

PEx16_x8_x4_1Clkn PEx16_0T(15)p PEx16_0T(14)n PEx16_0T(13)p PEx16_0T(12)n PEx16_0T(11)p PEx16_0T(10)n PEx16_0T(9)p

Reserved

GND

PEx16_0T(15)n

GND

PEx16_0T(13)n

GND

PEx16_0T(11)n

GND

PEx16_0T(9)n

GND

+12V

Reserved

GND

PEx16_0R(14)p

GND

PEx16_0R(12)p

GND

PEx16_0R(10)p

GND

PEx16_0R(8)p

+12V

Reserved

PEx16_0R(15)p PEx16_0R(14)n PEx16_0R(13)p PEx16_0R(12)n PEx16_0R(11)p PEx16_0R(10)n PEx16_0R(9)p

+12V

Reserved

PEx16_0R(15)n

GND

PEx16_0R(13)n

GND

PEx16_0R(11)n

GND

PEx16_0R(9)n

PEx16_0T(8)n

PEx16_0R(8)n GND

Configurable – конфигурируемый в зависимости от профиля Reserved – зарезервированный для будующего использования

WWW.SOEL.RU

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

©СТА-ПРЕСС

Нумерация выводов по вертикали

Нумерация выводов по горизонтали 10

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

PCIe/104, может представлять боль шой интерес. Как уже отмечалось, вве дение в стек интерфейса GbE, наря ду с появлением в стеке двух интер фейсов SATA, 4 дополнительных пор тов USB 2.0, шин LPC, SPI и FBUS, от крывает область применения процес сорных и периферийных модулей StackPC в качестве COM модулей (Computer on Module, консорциум PICMG). Для сравнения, стандарт COM Express также содержит интер фейсы GbE, SATA, USB и LPC, которые являются минимально необходимым набором для создания функциональ ных плат носителей. Отсутствующий в StackPC интер фейс видео для COM решения можно получить, разместив на плате носи теле один или несколько видеокон троллеров PCIe x1, например, для реализации системы с несколькими независимыми дисплеями. Можно установить в стек между процессор ным модулем и платой носителем требуемый видеопроцессорный мо дуль и вывести с него видеоинтер

Рис. 10. Интерфейсные модули StackPC фейс. Для модулей StackPC FPE – на стековом разъёме уже есть Display Port. Если ни один из вышеперечис ленных способов не подходит, то можно вывести требуемый видеоин терфейс через кабель от процессор ного модуля на плату носитель или лицевую панель корпуса. Важное отличие применения StackPC в качестве процессорных COM модулей заключается в том, что допускается установка плат расшире ния не в отдельные разъёмы, а непо средственно между COM модулем и

Процессорный модуль

Теплораспределительная пластина или радиатор StackPC ИП

CPU

х16 PCIe Device

Chipset

FPE Разъёмы вводавывода

х1 PCIe Devices

Плата-носитель

Теплораспределительная пластина или радиатор CPU

Процессорный модуль

Chipset

Модуль расширения Разъёмы вводавывода

х1 PCIe Devices ИП

х16 PCIe Device

х1 PCIe Devices FPE

StackPC

Модуль расширения ИП

Плата-носитель

х1 PCIe Devices

х16 PCIe Device

х1 PCIe Devices

Разъёмы вводавывода Плата-носитель

Процессорный модуль

CPU

Chipset

Теплораспределительная пластина или радиатор

Рис. 11. Варианты применения модулей StackPC для COM решений WWW.SOEL.RU

©СТА-ПРЕСС

По методам построения системы стек модулей StackPC отличается от стека PCIe/104 лишь тем, что, наряду с уже применяемыми методами под ключения ИП, в стеке появляется но вый, описанный в спецификации подход с применением разъёмов StackPC PWR. Он примечателен тем, что на модуле ИП не требуется уста новка относительно дорогих и слож ных в монтаже стековых разъёмов; для ИП предусмотрено место в систе ме ниже процессорного модуля и, следовательно, для ИП нет ограниче ния по высоте компонентов и радиа тора на нижнем слое платы. Это поз воляет организовать не только эф фективный теплоотвод на нижнюю стенку корпуса, но и применять схе мотехнические решения для повы шения мощности и КПД модуля пи тания, которые были недопустимы из за габаритных ограничений для PC/104 (см. рис. 9). Другим нововведением для стеко вых систем является определение по нятия интерфейсного модуля, кото рый должен устанавливаться верх ним в стеке и функционировать в качестве переходной платы от моду лей стека на лицевую панель корпуса. Интерфейсные разъёмы могут быть как стандартными для индустрии ПК, например, типа D SUB, RJ 45, USB Type A/B, ESATA, Display Port, так и специализированными, например, в герметичном исполнении (см. рис. 10). Благодаря наличию интерфейсов в стеке, заметно уменьшается число соединительных кабелей внутри кор пуса. Высокоскоростные интерфей сы GbE, USB, SATA, требовательные к качеству кабеля, поступают на интер фейсный модуль не через кабель и несколько соединительных разъ ёмов, вносящих искажение в сигнал, а через высокоскоростной разъём, обеспечивающий минимальное рас согласование и низкий уровень по терь. Расширение одноплатных компью теров или плат носителей произ вольного формата стековыми моду лями StackPC по сути не отличается от моделей применения модулей EPIC, EBX, 3,5" и ATX с расширением PCIe/104, разница лишь в поддержи ваемом функционале модулей рас ширения. Модель COM применения StackPC модулей, адаптированных под

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ

при использовании в качестве COM модулей, но для большинства приме нений функциональности более ком пактного StackPC оказывается до статочно. Дополнительным бонусом может быть возможность примене ния одного модуля для двух разных систем (защищённых компьютеров) на базе COM модуля со специализи рованной платой носителем и вто рой системы, состоящей только из стековых модулей StackPC и PCIe/104. Уменьшение номенклатуры изделий и увеличение объёма выпуска высо котехнологичных модулей одного ти па снижает стоимость комплектую щих для разработчика систем и, со ответственно, себестоимость готовых изделий. Снижение издержек про изводства всегда важно для успеш ной конкуренции на современном рынке.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Новая спецификация для стековых модулей призвана повысить унифи кацию изделий и систем разных про изводителей. Существующие стан дарты для стековых систем не дают

WWW.SOEL.RU

ответа на множество вопросов, став ших в последние годы более актуаль ными, а именно: организация тепло отвода, разработка и подключение ИП к системе, разработка корпуса для защищённых систем с организа цией теплоотвода от тепловыделяю щих узлов, поиск надёжных реше ний и др. Каждый производитель встраивае мых модулей отвечает на эти вопро сы по своему, и в результате появ ляются модули, которые хоть и назы ваются стандартными, но по ряду параметров не соответствуют стан дартам. В результате разработчики систем должны каждый раз приспо сабливать имеющиеся на рынке из делия или пользоваться заказны ми продуктами. Если рассматривать StackPC как альтернативу PCIe/104, то для ряда задач подход StackPC пред ставляется более технологичным и перспективным. Немаловажным пре имуществом StackPC является воз можность применения одних и тех же изделий, как для стековых систем, так и в качестве полноценных COM модулей.

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

©СТА-ПРЕСС

платой носителем. Кроме того, плата носитель может быть промежуточ ным периферийным модулем в лю бой позиции стека (см. рис. 11). Та ким образом, можно разработать компактную и универсальную плат форму на базе модулей StackPC и пла ты носителя с дальнейшей возмож ностью модернизации и расширения системы модулями StackPC. В такой системе один процессорный модуль можно заменить на другой без потери совместимости с платой носителем, аналогично обычному стеку, на кото ром все интерфейсы являются стан дартными. Процессорный модуль StackPC по сути является одноплатным компью тером, а плата носитель – модулем рас ширения. Для сравнения, в COM Ex press процессорный модуль и плата носитель зачастую выступают единой системой, а переход на другой COM модуль приводит к необходимости доработки BIOS или системы управле ния питанием нового процессорного модуля. Естественно, у COM Express есть це лый ряд преимуществ перед StackPC

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ

Новости мира News of the World Новости мира Qualcomm обещает перечислить Sharp оставшиеся $60 млн Прошло более полугода с тех пор, как компания Qualcomm объявила о планах ин вестировать $120 млн в переживающую сложные времена Sharp. И только сейчас Qualcomm подтвердила намерение пере числить оставшиеся $60 млн. Эту сумму предполагалось перечислить ещё в марте, однако руководство Qualcomm решило повременить, поскольку японской компани ей не были выполнены некоторые пункты инвестиционного соглашения. Благодаря инвестициям Qualcomm пред полагается наладить выпуск дисплеев на базе экономичных панелей MEMS (Micro Electro Mechanical Systems), производимых Pixtronix, дочерним предприятием Qual comm, с поддержкой технологии IGZO (In dium, Gallium, Zinc, Oxide, оксид индия, гал лия и цинка) компании Sharp. В обмен на инвестиции Qualcomm и Pix tronix получат 11 868 000 акций (3,53% ус тавного капитала) Sharp, что превратит американского производителя микропро

цессоров в третьего по величине акционе ра японской компании. www.zdnet.com

Nokia учредила In Location Aliance для разработки навигации внутри помещений Навигационные технологии стали одной из самых примечательных находок в по следние годы: системы GPS и ГЛОНАСС используются в разнообразных мобильных устройствах. Впрочем, проблема сущест вует – спутниковая навигация бессильна, если клиентский гаджет находится в поме щении. Над решением этой задачи уже не первый год трудятся специалисты компа нии Nokia, которая теперь объявила о соз дании организации In Location Aliance. В альянс In Location вошли 22 компании, среди которых отмечены такие мощные бренды, как Broadcom, Samsung, Sony Mo bile и Qualcomm. Все они заинтересованы в создании стандартного решения, которое сможет обеспечить высокоточные навига ционные функции там, где недоступно спутниковое позиционирование. Предпола

гается, что для внедрения новой техноло гии не потребуется вносить каких то аппа ратных изменений в смартфоны и план шетные компьютеры. Решения проекта In Location базируются на технологиях Bluetooth 4.0 и Wi Fi, поэтому инженеры обойдутся только программными алгорит мами. Участники альянса уверены, что появле ние навигации внутри помещения позволит существенно расширить возможности со временных сервисов. Так, в крупном торго во развлекательном корпусе покупатель быстро сможет обнаружить нужный мага зин, а в самом магазине он найдёт необхо димый товар. Договорившись о встрече, два человека смогут быстро найти друг друга, а проходя мимо отделов, они будут получать таргетированные и персонализи рованные рекламные сообщения. Первые результаты работы проекта In Location и пилотные программы появятся уже до конца 2013 года, а внедрение ком мерческих сервисов стартует в будущем году. www.mobiledevice.ru

ОФИЦИАЛЬНЫЙ ДИСТРИБЬЮТОР КОМПАНИИ BULGIN НА ТЕРРИТОРИИ РОССИИ И СТРАН СНГ

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

WWW.SOEL.RU

©СТА-ПРЕСС

АКТИВНЫЙ КОМПОНЕНТ ВАШЕГО БИЗНЕСА

Тел.: (495) 232-2522 • факс: (495) 234-0640 • info@prochip.ru • www.prochip.ru

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ

Платформа ARM открывает новые перспективы развития «компьютеров на модуле» Александр Ковалёв (Москва)

Основными преимуществами техно логии «компьютеров на модуле» (Com puter on Modules, COM) во встраивае мых системах являются ускоренный вывод продуктов на рынок, широкий диапазон функциональных возмож ностей, гладкая стыковка модулей раз ных производителей, многообразие поддерживаемых интерфейсов и стан дартов, а также снижение затрат и факторов риска при разработке изде лия. Для разработчиков привлекатель ной особенностью концепции COM яв ляется возможность сконцентрировать основные усилия на создании встраи ваемого приложения. Популярность платформы «компью теров на модуле» возрастает, и, соглас но прогнозу аналитической компании VDC, мировой рынок модулей COM к 2015 году достигнет $883 млн.

COM EXPRESS: НА ГРЕБНЕ ВОЛНЫ Появление в 2005 году стандарта COM Express, который был ратифици рован консорциумом PICMG (PCI In dustrial Computer Manufacturers Group), стало ключевым моментом в развитии технологии COM. Успех и конкурен тоспособность модулей COM Express в первую очередь определила поддерж ка новейших поколений микропро цессоров. В 2012 году было официально пред ставлено третье поколение процессо ров Intel Core на базе микроархитек туры Ivy Bridge, и вскоре компания Kontron предложила две новых серии модулей COM Express с форм факто ром basic на основе процессоров Ivy Bridge: COMe bIP2 (с расположением выводов Type 2) и COMe bIP6 (Type 6). В этих модулях используются двух или четырёхъядерные процессоры In

tel Core i3 3000, Intel Core i5 3000 или Core Intel i7 3000 с тактовой частотой от 1,6 до 2,7 ГГц и тепловым пакетом от 17 до 45 Вт. Все модули COMe bIP2 и COMe bIP6 поддерживают три интер фейса DisplayPort, в том числе один eDP (вариант DisplayPort для встраи ваемых приложений). В качестве основных приложений новейших модулей COMe bIP2 и COMe bIP6 от Kontron можно отметить меди цинские системы, цифровые системы оповещения, рекламы и автоматиза ции розничной торговли, а также при ложения класса M2M (Machine To Ma chine) в оборонной и аэрокосмичес кой областях. Однако прогресс в области процес сорных технологий не стоит на месте, что находит мгновенное отражение в решениях для встраиваемых систем, в частности, в продуктах стандарта COM Express. До официального анонса про цессоров Intel Core четвёртого поко ления с архитектурой Haswell уже по являются первые прототипы модулей на базе новых процессоров. Так, на не давней выставке Embedded World 2013 в Нюрнберге компания Kontron пред ставила прототип модуля COM Express с форм фактором basic и разводкой Type 6, построенного на процессоре Haswell. Набор интерфейсов этого мо дуля содержит USB 3.0, PCIe Gen 3.0, SATA 3, а также DisplayPort. Данные аналитических компаний говорят о том, что в настоящее время COM Express является самым популяр ным стандартом «компьютеров на мо дуле» и, по сути, приобретает самосто ятельность. Это объясняется многими факторами, в том числе быстротой по явления продуктов на базе модулей COM Express на рынке, возможностью адаптации систем под разные требо WWW.SOEL.RU

вания с минимальными затратами, ми нимизацией долгосрочных рисков и изготовлением модулей в оптимизи рованных форм факторах. Кроме того, модули COM Express обладают дли тельным жизненным циклом и хоро шим потенциалом расширения функ циональности. Хотя модули стандарта COM Express изначально были оптимизированы для использования x86 совместимых процессоров, в стандарте предусмот рено использование и других типов процессоров. В частности, компания Kontron объявила о пополнении своей номенклатуры модулями COM Express на базе процессоров с архитектурой Power: COMe cP2020 с процессором Freescale QorIQ P2020 и COMe bP5020 с процессором Freescale QorIQ P5020. Разрабатывая модули стандарта COM Express на базе различных процессор ных архитектур, ведущие произво дители этих изделий стремятся рас ширять предложение в различных рыночных сегментах и максимально удовлетворять требованиям конкрет ных приложений.

SMARC: «КОМПЬЮТЕРЫ НА МОДУЛЕ» ДЛЯ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ПРОЕКТОВ НА ОСНОВЕ ARM И СНК Сегодня одной из важнейших тенден ций на рынке встраиваемых приложе ний является рост популярности мик росхем типа систем на кристалле (СнК) и процессоров с архитектурой ARM. Благодаря высокой производительнос ти и малому энергопотреблению сис тем на базе процессоров ARM, они ста ли привлекательной альтернативой процессорам других типов, традицион но используемых во встраиваемых пла тах малогабаритных форматов. Решения на базе СнК и процессоров ARM, отвечающие требованиям стан дарта COM, позволят OEM производи телям занять весьма привлекательную рыночную нишу, где будут доступны системы с достаточно высокой произ водительностью и широкими графи ческими возможностями при потреб ляемой мощности, измеряемой едини цами ватт. Такие решения позволяют СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

©СТА-ПРЕСС

Недавно принятый стандарт «компьютеров на модуле» SMARC для систем на базе процессоров ARM стал новым этапом развития платформы COM. Модули SMARC можно применять в различных областях – от промышленной автоматики до устройств обработки графики и работы с изображениями. Новый класс устройств СОМ отличается малыми габаритами, низким энергопотреблением и способностью функционировать в жёстких условиях эксплуатации.

©СТА-ПРЕСС

Полноразмерный модуль 82 × 80 мм

Укороченный модуль 82 × 50 мм

Рис. 1. Спецификация SMARC определяет два форм фактора модулей: полноразмерный и укороченный

й ны ен ь о ч ул ый ор д о рн Ук м ме аз ль ор ду лн мо

По

4,3 мм 1,5 мм

Рис. 2. Для подключения к платам носителям в спецификации SMARC определён 314 контактный разъём стандарта MXM 3.0 строить чрезвычайно компактные сис темы с ультранизким энергопотребле нием и пассивным охлаждением. Для производителей важна перспектива интегрирования нового класса про цессоров в свои приложения с мини мальными временны ми и финансовы ми затратами. Именно такой подход и обеспечивает концепция COM – от крытый и действительно независимый от производителя стандарт. Однако до последнего времени ни одной из независимых организаций не был предложен стандарт, который учитывал бы особенности процессо ров ARM/СнК. Фундаментальное отличие решений на базе процессоров ARM заключается в более специализированных и менее распространённых интерфейсах. Мно гие однокристальные системы ARM имеют по нескольку интерфейсов UART, I2C и SPI, но не содержат SATA и PCI Express. Теоретически инвестиции в разработку и компоненты могли бы сделать набор интерфейсов ARM типо вым и стандартизованным. Однако на практике это, скорее всего, привело бы к утрате технологией ARM основного преимущества – энергоэффективно сти. Малое выделение тепла способству ет разработке безвентиляторных ре шений, которые характеризуются по вышенной надёжностью и большим средним временем наработки на от каз. Конечные системы с процессора

ми ARM оказываются проще в разра ботке и производстве, а отсутствие вен тиляторов и теплоотводов приводит к уменьшению и массогабаритных по казателей, и стоимости. Как правило, набор ИС для x86 со вместимого процессора поддержива ет множество ПК интерфейсов, таких как PCI Express, USB и SATA. В одно кристальных системах с ARM ядра ми преобладают встраиваемые порты UART, I2C, I2S и SDIO, а популярные ПК интерфейсы отсутствуют. Кроме того, микросхемы ARM имеют другие видео выходы и могут поддерживать специа лизированные интерфейсы для под ключения видеокамер, например CSI (Camera Serial Interface). Кроме того, в СнК на базе ARM процессоров часто интегрированы специализированные контроллеры и интерфейсы, в резуль тате чего COM модули создаются по за казной конфигурации. Поэтому ни од на из существующих концепций COM, будь то ETX, Core Express или Qseven, которые были изначально разработа ны под процессоры x86, не подходит – без коррекции – для изделий на базе ARM/СнК. Это существенно ограничи вает возможности применения таких модулей, поскольку каждый произво дитель может использовать те или иные контакты разъёмов. В результате нарушается один из принципов тех нологии COM – использование моду лей разных производителей, изготов ленных на базе одной спецификации. Необходимым условием дальнейше го развития концепции COM на рынке встраиваемых систем стало создание открытого стандарта для решений на базе продуктов ARM/СнК. Компания Kontron взялась за разработку новой спецификации и представила её про ект (под рабочим названием ULP COM) в международную группу по стандар тизации встраиваемых технологий SGET (Standardization Group for Embed ded Technologies). Новую специфика цию поддержали ведущие производи тели модулей, в том числе Adlink, Fortec и Greenbase. Недавно проект этой спе цификации был официально ратифи цирован, и она получила название SMARC (Smart Mobility ARChitecture). Пользователи получили стандарт, соответствующий определённым тре бованиям систем ARM/СнК, т.е. именно то, что сделал в своё время стандарт COM Express для x86 совместимых ре шений. Предложенная спецификация позиционируется как альтернатива су WWW.SOEL.RU

ществующим внутрифирменным пла там, которые нередко приспособлены под одну модель процессора. В спецификации SMARC определе ны COM модули с плоским профилем и ультранизким энергопотреблением, рассчитанные в первую очередь на мо бильные приложения с автономным питанием. По сравнению с COM Ex press модули SMARC обладают более скромными возможностями в части реализации интерфейсов USB и PCI Ex press, в них также отсутствует под держка технологии PEG (PCI Express Graphics) и шины LPC. В то же время в стандарте SMARC предусмотрена воз можность работы с шиной SPI, после довательными интерфейсами циф ровых и флеш карт SDIO (Secure Digi tal I/O), а также несколько отличаю щийся от COM Express набор поддер живаемых дисплейных интерфейсов. Спецификация SMARC определяет два форм фактора модулей: полнораз мерный (82 × 80 мм) для размещения высокопроизводительных и высоко интегрированных СнК и укороченный (82 × 50 мм) – для компактных систем с низким энергопотреблением (см. рис. 1). В качестве разъёма для подклю чения к платам носителям выбран 314 контактный разъём стандарта MXM 3.0 высотой всего 4,3 мм (см. рис. 2). Такая низкопрофильная конструкция разъ ёма позволяет с успехом применять модули SMARC в планшетных и носи мых компьютерах. Разъём MXM 3.0 сле дует признать удачным выбором ещё и потому, что он доступен, в том числе, в исполнении с повышенной устойчи востью к ударам и вибрации, благода ря чему может применяться в автомо бильных устройствах. В спецификации SMARC обеспечена возможность реализации до 281 ли нии ввода вывода, что на 50 линий больше, чем, например, имеет разъём версии MXM 2.0. Поэтому в новых мо дулях может быть реализовано намно го больше специализированных ин терфейсов, и они могут поддерживать чрезвычайно широкий набор процес соров ARM/СнК. В качестве дисплей ных интерфейсов могут использовать ся LVDS (глубина цвета 18 или 24 бит), HDMI и DisplayPort (в том числе eDP). Кроме того, поддерживаются ЖК мо ниторы с параллельным RGB интер фейсом (24 бит) и стандарт DSI (Dis play Serial Interface). Благодаря этому разнообразию пользователю больше не придётся искать компромисс между СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

©СТА-ПРЕСС

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ

богатой функциональностью x86 со вместимых решений и скудными воз можностями ввода вывода устройств с архитектурой ARM. Поскольку именно компания Kon tron была инициатором разработки новой спецификации, первые линей ки COM модулей с форм фактором SMARC стали доступны на рынке прак тически одновременно с её ратифика цией. В настоящее время компания вы пускает три семейства модулей SMARC на базе процессоров ARM (с ядрами Cortex A8 и Cortex A9) и оценочную плату носитель для модулей. Предлагаемые модули содержат про цессоры Tegra 3 компании NVIDIA для обработки графики с интенсивными вычислениями, процессоры из масшта бируемого семейства i.MX6 от Freescale с одним, двумя и четырьмя ядрами и эко номичный процессор Sitara AM3874 от Texas Instruments (см. рис. 3). Основные характеристики модулей SMARC от Kon tron приведены в таблице. Модуль SMARC на базе 4 ядерного процессора Tegra3 от NVIDIA с такто вой частотой 1,2 ГГц и архитектурой ARM Cortex A9 ориентирован на обра ботку изображений в автоматизиро ванных точках продаж или информа ционных системах (POS/POI), инфор мационно развлекательных системах, цифровых табло, системах безопас ности и мониторинга, а также медицин ских приборах и системах военного назначения. Интегрированный графи ческий процессор NVIDIA GeForce в со четании с ядрами ARM обеспечивает наивысшую производительность при обработке графики с возможностью

Kontron SMARC-sAT30

Kontron SMARC-sA3874i

Kontron SMARC-sAMX6i

Рис. 3. Модули SMARC компании Kontron работы на два дисплея. Кроме того, имеется поддержка видео высокого разрешения с возможностью декоди рования и кодирования MPEG2/HD ви део. Два порта CSI 2 позволяют под ключать видеокамеры. Широкие графические возможно сти обеспечивают модули на базе про цессора i.MX6 от Freescale (800 МГц ARM Cortex A9) с числом ядер от одно го до четырёх. Благодаря возможности масштабирования, на базе этих моду лей можно создавать универсальные решения в серии изделий, ориенти рованных на интеллектуальные уст ройства, которые требуют сбаланси рованных характеристик процессора и подсистемы обработки графики. В зависимости от используемой СнК мо дули интегрируют одну или две неза висимые графические подсистемы, в

которых используется до четырёх 3D шейдеров, обеспечивающих высокое качество визуализации. Кроме того, имеются встроенные декодер и кодер для обработки видео, вплоть до стан дарта Full HD (1080p/60). Следует отме тить, что модули, оснащённые процес сорами i.MX6, способны работать в ди апазоне температур от –40 до +85°C. Новые модули на базе процессора Sitara AM3874 от Texas Instruments глав ным образом ориентированы на недо рогие приложения. Этот процессор построен на базе ядра ARM Cortex A8. Такой модуль отличается сверхнизким потреблением, способен работать в ди апазоне температур от –40 до +85°C и, таким образом, идеально подходит для применения в полевых условиях. Мо дуль на базе Sitara AM3874 поддержива ет 3D графику и обработку HD видео.

Таблица. Семейства модулей SMARC компании Kontron Наименование модуля Kontron SMARC sAT30

Kontron SMARC sAMX6i

Форм фактор, мм2 Процессор

Kontron SMARC sA3874i

82 × 50 (укороченный) NVIDIA Tegra 3

ARM ядро

Freescale i.MX6

TI Sitara AM3874

ARM Cortex A9

ARM Cortex A8

Число ядер

4+1

от 1 до 4

Тактовая частота, ГГц

1,2

0,8

Графика ОЗУ Флеш память

GeForce, 12 ядер, поддержка двух дисплеев, HD видео 1 или 2 Гбайт DDR3

до 2 Гбайт DDR3

1 Гбайт DDR3

до 64 Гбайт NAND на модуль

до 32 Гбайт NAND на модуль

Видеовыходы Входы видеокамеры

параллельный ЖК дисплей, 18/24 бит, 1 канальный LVDS, HDMI 2 × CSI 2, 2 канальный

Ethernet Другие порты ввода вывода

Поддержка ОС со стороны Kontron

1 × PCAM, 1 × CSI

10 битный параллельный интерфейс

10/100/1000 Мбит/с 1 × PCIe, 3 × USB 2.0, SD карта, eMMC, 2 × SPI, до 3 × PCIe, 3 × USB 2.0, MLB150, 12 × GPIO, 1 × PCIe, 2 × USB 2.0, GPIO, 4 × I2C, 4 × I2S, 5 × I2C, 3 × I2S, 4 × UART, 12 × GPIO, SPDIF, WDT, SDIO, SATA eMMC, 2 × SPI, 5 × I2C, 2 × I2S, SPDIF, 4 × UART, 2 × CAN, управление батареей управление батареей и системой, SATA WDT, 2 × CAN, управление батареей и системой и системой, SATA

Температурный диапазон, °C Средняя рассеиваемая мощность, Вт

1 или 2 подсистемы, до четырёх шейдеров 3D, 3D ускоритель, поддержка двух дисплеев, поддержка двух дисплеев, HD видео HD видео

0…60

–40…+85

около 5

нет данных

около 2

Linux, Android ICS, Linux, Android, Windows WEC7

Linux, Android, Windows WEC7

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

WWW.SOEL.RU

©СТА-ПРЕСС

Параметр

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ

ВАЖНАЯ РОЛЬ ПРОГРАММНОЙ ПОДДЕРЖКИ НОВОЙ СПЕЦИФИКАЦИИ Для новой спецификации компания Kontron собирается обеспечить под держку всех ОС, используемых в ARM системах. Поддержка будет распрост раняться не только на платформу Windows Embedded Compact 7, но и различные версии ОС Linux и Android, а также ОСРВ VxWorks для ИС компа нии Texas Instruments, что очень важно для систем реального времени. Изде лия Kontron на базе процессоров ARM смогут работать и под ARM версией ОС Windows 8. Следует особо отметить поддержку платформы Android, пользующейся большой популярностью в смартфо нах и планшетах. Эта возможность прокладывает клиентам Kontron путь в мир мультимедийных систем, работа ющих на базе архитектуры ARM и об ладающих развитыми возможностями связи. Под ОС Android уже создано множество приложений; появилось со общество специалистов, способных разрабатывать системы на базе An droid. Всё это свидетельствует о появ лении новых возможностей развития 40

встраиваемых систем в перспектив ных сегментах рынка. Работа ОС на платформе ARM имеет свои особенности. Так, например, под ход, который успешно применяется в системах на базе x86, когда при пер вом запуске ОС определяются отсут ствующие драйверы, а затем при по вторном запуске эти драйверы успеш но интегрируются в систему, не ра ботает на платформе ARM/СнК. Для ARM систем непременным усло вием запуска ОС является предвари тельное интегрирование и настройка драйверов, необходимых для поддерж ки конкретной процессорной плат формы и периферии. Это требует большого внимания к подготовке па кета поддержки платформы (Board Support Packages, BSP) для систем ARM. Если OEM производитель интегрирует с помощью платы носителя дополни тельные компоненты, не являющиеся частью стандартного оборудования для этих процессоров, то драйверы этих компонентов должны быть встро ены в загрузчик ОС. Следовательно, для эффективной ра боты с модулями на базе ARM решений необходим всеобъемлющий BSP. У многих OEM производителей могут возникать трудности при интегриро вании драйверов и работе с загрузчи ком, поэтому идеальным вариантом является предоставление сервиса (со стороны компаний – изготовителей модулей) по портированию драйверов индивидуальных компонентов, ис пользуемых на плате носителе, и мо дификации загрузчика ОС. Компания Kontron выполняет интегрирование BSP для различных ОС на всех уров нях, вплоть до системного. В результа те OEM производители могут скон центрировать усилия на прикладных вопросах, без ущерба для других аспек тов реализации проекта. Важную роль в поддержке OEM про изводителей и сокращению времени вывода конечных изделий на рынок играют компании – партнёры про изводителей COM модулей. В связи с ратификацией новой специфика ции SMARC стратегический партнёр Kontron в России и СНГ – компания «РТСофт» – расширяет сферу своей деятельности в сегменте экономич ных высокопроизводительных систем с малыми габаритами. Кроме того, «РТСофт» является сертифицирован ным дизайн центром Kontron наряду с компаниями из США или Европы. WWW.SOEL.RU

ЗАКЛЮЧЕНИЕ В настоящее время происходит сбли жение функциональных возможностей и характеристик решений на базе x86 совместимых процессоров (в частно сти, процессора Intel Atom) и процессо ров ARM, в результате чего обостряется конкуренция в сегменте компактных систем со сверхмалым энергопотреб лением. Расширенная программная поддержка размывает границы между процессорными архитектурами, интег рируя новые процессорные платфор мы в единую экосистему. В такой ситу ации развитие открытых международ ных стандартов модульных систем даёт возможность выбрать стратегию созда ния решения из обширной базы. Принятый недавно стандарт SMARC открывает новые перспективы широ кого внедрения технологии ARM/СнК во многих и, как ожидается, совершен но новых приложениях. На смену су ществующему подходу в сфере систем ARM/СнК с их специализированными решениями приходит стандартизован ный подход, который позволит раз работчикам и OEM производителям использовать готовые стандартные решения на основе спецификации SMARC, снижая затраты на разработку и сокращая сроки вывода на рынок го товой прикладной системы. Среди возможных приложений для SMARC систем следует отметить мобиль ные компьютерные решения со сверх низким потреблением (планшеты и КПК), человеко машинные интерфейсы, решения типа Box PC, портативные ме дицинские приборы и устройства для работы вне помещений с питанием от солнечных батарей (паркоматы, элек трические насосы на электромобилях или информационные табло на оста новках транспорта). Кроме того, эти системы найдут применение в инфор мационно развлекательных устройст вах, портативных измерительных при борах и кассовых аппаратах.

ЛИТЕРАТУРА 1. Dan Demers. The right COM for the right app: sorting out small form factors. rtcma gazine.com. 2. Gerhard Szczuka. Computer on Modules’ concepts to suit ARM SoC. www.epd ee.eu. 3. Norbert Hauser. Strategic entry into ARM technology with a new module standard. Boards&Solutions, March 2012. 4. Gerhard Szczuka. SMARC – new Computer on Module standard for ARM/SoC designs. Boards&Solutions, February 2013. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

©СТА-ПРЕСС

Два независимых дисплея могут быть подключены через 18/24 битный па раллельный ЖКИ порт или 18/24 бит ные одноканальные порты LVDS и HDMI. Кроме того, в модуль интегриро ван параллельный интерфейс видео камеры. Среди других поддерживае мых интерфейсов следует отметить 2 × SPI, 4 × I2S, многофункциональный порт 4 × I2C и сдвоенную шину CAN. В качестве одного из типовых вари антов промышленного применения модулей на основе Sitara AM3874 на зывают автоматизированные системы контроля производственных линий. Для всех новых модулей SMARC до ступны оценочные платы носители. В соответствии с требованиями различ ных систем на базе ARM к специализи рованным интерфейсам, они поддер живают широкий набор шин и различ ные типы памяти. Однако стандартные оценочные платы не всегда могут соот ветствовать конкретным требованиям приложений. OEM производители мо гут разработать необходимые платы самостоятельно. В качестве альтерна тивы поставщики модулей компании Kontron, например российская компа ния «РТСофт», предлагают разработку специализированных плат носителей.

©СТА-ПРЕСС Реклама

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ

На правах рекламы

DC/DC преобразователи класса Industrial производства компании TESLA Electric Александр Гончаров (Прага, Чехия), Сергей Довбышев (Киев, Украина) выходной ток до 2,4 А, мощность 10 и 12 Вт, 1 или 2 выходных канала; ● входные напряжения: 10,5…36,0 В, 18…75 (84) В, 9...18 В, 18...36 В, 36...72 В; ● энергетическая плотность до 2000 Вт/дм3; ● низкопрофильная 10 мм конструкция; ● безоптронная магнитная обратная связь; ● подстройка выходного напряжения, дистанционное ВКЛ/ВЫКЛ; ● максимальная ёмкость 10 000 мкФ для Uвых = 5 В. Несмотря на малые размеры (30 × × 20 × 10 мм) приборы имеют выход ную мощность до 12 Вт. В зависимос ти от исполнения они имеют 1 или 2 гальванически развязанных выход ных канала, могут включаться/выклю чаться по команде, а также включать ся параллельно и последовательно по выходам. Преобразователи сохраняют рабо тоспособность при значительном понижении входного напряжения. Ра ботающий модуль во многих случа ях способен обеспечивать выходную мощность при понижении Uвх на 10–30% относительно Uнорм. Выпускаются в металлическом кор пусе с крепёжными фланцами и без фланцев. ●

В предыдущих номерах журнала были детально рассмотрены AC/DC преобразователи класса Industrial производства TESLA Electric. В этом номере вниманию читателей предлагается обзор DC/DC преобразователей класса Industrial (серии TESD и TESDU).

TESLA Electric s.r.o., подразделение всемирно известной международной компании TESLA, успешно работает в области производства компонентов для систем электропитания и специ ализируется на высоконадёжных мощных AC/DC и DC/DC вторичных источниках питания. Сегодня разго вор пойдёт о DC/DC преобразовате лях класса Industrial серий TESD и TESDU. Модули данных серий прекрасно за рекомендовали себя в жёстких услови ях эксплуатации. Они разработаны для применения в следующих областях: телекоммуникации и связь; радиолокация и радионавигация; ● промышленная автоматика; ● авиационный, морской и наземный транспорт. Все представленные приборы соот ветствуют классу Industrial и имеют об щие конструктивные и технические особенности: ● компактные размеры и низкопро фильная конструкция; ● широкий диапазон рабочих темпе ратур –60…+125°С; ● высокий КПД до 89%; ● до трёх выходных каналов; ● ●

гальваническая развязка вход выход, равная 1,5 кВ; ● полный комплекс защит: от пере грузки, КЗ и перенапряжения, тепло вая защита. В таблице сведены основные харак теристики преобразователей серий TESD и TESDU производства TESLA Electric. Эти ультракомпактные изоли рованные DC/DC преобразователи предназначены для промышленной аппаратуры и изделий, работающих в жёстких условиях эксплуатации. Отсутствие в схеме преобразовате ля оптронов позволяет модулям надёж но функционировать в течение всего срока эксплуатации изделий в услови ях воздействия ионизирующих излу чений и высокой температуры. Пре дусмотрен полный комплекс защит от перегрузки по току, короткого замыка ния и перегрева. ●

СЕРИИ TESD10 И TESDU12 DC/DC преобразователи типов TESD10 и TESDU12 (см. рис. 1) имеют следую щие конструктивные и технические особенности: ● медный корпус (опция), исполнение с фланцами и без фланцев;

СЕРИИ TESD15 И TESDU20 DC/DC преобразователи типов TESD15 и TESDU20 (см. рис. 2) имеют следую щие особенности:

Таблица. Основные характеристики DC/DC преобразователей серии TESD

Выходная мощность, Вт Размеры без учёта фланцев и выводов, мм Рабочая температура корпуса, °С

Тип модуля TESD10, TESDU12 TESD15, TESDU20 TESD30, TESDU40 TESD60, TESDU80 TESD100, TESDU150 TESD200, TESDU250 TESD400, TESDU500 10, 12

15, 20

30, 40

30 × 20 × 10

40 × 30 × 10

48 × 33 × 10

Входные напряжения, В

Выходные напряжения, В КПД, %

60, 80 58 × 40 × 10 –60…+125 10,5…36,0 18…75 (84) 9...18 18...36 36...72

100, 150

200, 250

400, 500

73 × 53 ×13

95 × 68 × 13

110 × 84 × 13

18…75(84) 18...36 36...72

5, 12, 15, 24, 27

12, 15, 24, 27, 48

до 87

до 86

до 89

Максимальный выходной ток, А

2,4

Количество выходов

1, 2

1, 2, 3

1, 2

Развязка выходов

есть

нет

ПВН, ДУ

ПВН, ДУ, ПАР, ОС

Сервисные функции

Примечание: ПВН – подстройка выходного напряжения; ДУ – дистанционное управление; ПАР – параллельная работа; ОС – обратная связь с нагрузки; ДИАГ – диагностика

WWW.SOEL.RU

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

©СТА-ПРЕСС

Характеристики

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ

На правах рекламы

медный корпус (опция), исполнение с фланцами и без фланцев; ● выходной ток до 4 А, мощность 15 и 20 Вт, один, два или три выходных канала; ● входные напряжения: 10,5…36,0 В, 18…75 (84) В, 9...18 В, 18...36 В, 36...72 В; ● энергетическая плотность до 1667 Вт/дм3; ● низкопрофильная 10 мм конструк" ция; ● безоптронная магнитная обратная связь; ● подстройка выходного напряжения, дистанционное ВКЛ/ВЫКЛ; ● максимальная ёмкость 12 000 мкФ для Uвых = 5 В. При сравнительно малых размерах (40 × 30 × 10 мм) модули имеют выход" ную мощность до 20 Вт. В зависимос" ти от исполнения они имеют 1 или 2 гальванически развязанных выход" ных канала, могут включаться/выклю" чаться по команде и включаться па" раллельно и последовательно по вы" ходам. Преобразователи сохраняют рабо" тоспособность при значительном по" нижении входного напряжения. Ра" ботающий модуль во многих случаях ●

Рис. 1. Преобразователи типов TESD10 и TESDU12

Рис. 2. Преобразователи типов TESD15 и TESDU20

DC/DC"преобразователи типов TESD30 и TESDU40 (см. рис. 3) имеют следую" щие особенности: ● медный корпус (опция), исполнение с фланцами;

10–30% относительно Uнорм. Выпускаются в металлическом кор" пусе с крепёжными фланцами и без фланцев.

СЕРИИ TESD30 И TESDU40

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

WWW.SOEL.RU

©СТА-ПРЕСС

способен обеспечивать выходную мощность при понижении Uвх на

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ

На правах рекламы

манде, а также включаться параллель+ но и последовательно по выходам. Все модули соответствуют стандарту ЭМС EN55022 (А и В). Выпускаются в металлическом кор+ пусе с крепёжными фланцами.

Рис. 5. Преобразователь TESDU150 ●

●

выходной ток до 8 А, мощность 30 и 40 Вт, 1 или 2 выходных канала; входные напряжения: 10,5…36,0 В, 18…75 (84) В, 9...18 В, 18...36 В, 36...72 В; энергетическая плотность до 2525 Вт/дм3;

низкопрофильная 10 мм конструкция; безоптронная магнитная обратная связь; ● подстройка выходного напряжения, дистанционное ВКЛ/ВЫКЛ; ● максимальная ёмкость 17 000 мкФ для Uвых = 5 В. Несмотря на малые размеры (48 × 33 × × 10 мм), модули имеют выходную мощ+ ность до 40 Вт. В зависимости от испол+ нения они имеют 1 или 2 гальванически развязанных выходных канала, могут включаться и выключаться по команде. Приборы могут включаться параллель+ но и последовательно по выходам. Все модули соответствуют стандарту ЭМС EN55022 (А и В). Выпускаются в металлическом кор+ пусе с крепёжными фланцами. ● ●

СЕРИИ TESD60 И TESDU80 DC/DC+преобразователи типов TESD60 и TESDU80 (см. рис. 4) характеризуют+ ся следующими параметрами: ● медный корпус (опция), исполнение с фланцами; ● выходной ток до 16 А, мощность 60 и 80 Вт, 1 или 2 выходных канала; ● входные напряжения: 10,5…36,0 В, 18…75 (84) В, 9...18 В, 18...36 В, 36...72 В; ● энергетическая плотность до 3448 Вт/дм3; ● низкопрофильная 10 мм конструк+ ция; ● безоптронная магнитная обратная связь;

Рис. 4. Преобразователь TESDU80

Рис. 6. Преобразователь TESDU250 подстройка выходного напряжения, дистанционное ВКЛ/ВЫКЛ; ● максимальная ёмкость 24 000 мкФ для Uвых = 5 В. Несмотря на малые размеры (58 × × 40 × 10 мм), эти модули имеют выход+ ную мощность до 80 Вт. В зависимости от исполнения они имеют 1 или 2 галь+ ванически развязанных выходных ка+ нала, могут включаться/выключаться по команде. Предусмотрена возмож+ ность включения параллельно и после+ довательно по выходам. Все модули соответствуют стандарту ЭМС EN55022 (А и В). Выпускаются в металлическом кор+ пусе с крепёжными фланцами. ●

СЕРИИ TESD100 И TESDU150 DC/DC+преобразователи типов TESD100 и TESDU150 (см. рис. 5) имеют следующие технические особенности: ● медный корпус (опция), исполнение с фланцами; ● выходной ток до 13 А, мощность 100 и 150 Вт, 1 выходной канал; ● входные напряжения: 10,5…36,0 В, 18…75 (84) В, 9...18 В, 18...36 В, 36...72 В; ● энергетическая плотность до 2982 Вт/дм3; ● низкопрофильная 13 мм конструкция; ● безоптронная магнитная обратная связь; ● подстройка выходного напряжения, дистанционное ВКЛ/ВЫКЛ; ● максимальная ёмкость 5500 мкФ для Uвых = 12 В. При относительно малых размерах (73 × 53 × 13 мм) эти модули имеют вы+ ходную мощность до 150 Вт. Приборы могут включаться/выключаться по ко+ WWW.SOEL.RU

СЕРИИ TESD200 И TESDU250 DC/DC+преобразователи типов TESD200 и TESDU250 (см. рис. 6) харак+ теризуются следующими парамет+ рами: ● медный корпус (опция), исполнение с фланцами; ● параллельная работа; ● обратная связь с нагрузки; ● выходной ток до 21 А, мощность 200 и 250 Вт, 1 выходной канал; ● входное напряжение: 10,5…36,0 В, 18…75 (84) В, 9...18 В, 18...36 В, 36...72 В; ● энергетическая плотность до 2977 Вт/дм3; ● низкопрофильная 13 мм конструкция; ● безоптронная магнитная обратная связь; подстройка выходного напряжения, дистанционное ВКЛ/ВЫКЛ; ● максимальная ёмкость 7 800 мкФ для Uвых = 12 В. Несмотря на малые размеры (95 × × 68 × 13 мм), эти модули имеют выход+ ную мощность до 250 Вт. Приборы мо+ гут включаться/выключаться по коман+ де. Допускается параллельное и после+ довательное соединение по выходам. Все модули соответствуют стандарту ЭМС EN55022 (А и В). Выпускаются в металлическом кор+ пусе с крепёжными фланцами. ●

СЕРИИ TESD400 И TESDU500 DC/DC+преобразователи типов TESD400 и TESDU500 (см. рис. 7) имеют следующие конструктивные и техни+ ческие особенности: ● медный корпус (опция), исполнение с фланцами; ● параллельная работа; ● обратная связь с нагрузки; ● выходной ток до 42 А, мощность 400 и 500 Вт, 1 выходной канал; ● входное напряжение: 18…75 (84) В, 18...36 В, 36...72 В; ● энергетическая плотность до 3608 Вт/дм3; ● низкопрофильная 13 мм конструкция; ● безоптронная магнитная обратная связь; ● подстройка выходного напряжения, дистанционное ВКЛ/ВЫКЛ; СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

©СТА-ПРЕСС

Рис. 3. Преобразователь TESDU40

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ

На правах рекламы

максимальная ёмкость 2200 мкФ для Uвых = 27 В. При относительно малых размерах (110 × 84 × 13 мм) эти модули имеют выходную мощность до 500 Вт. Они мо гут включаться/выключаться по коман де. Допускается параллельное и после довательное соединение по выходам. Все модули соответствуют стандарту ЭМС EN55022 (А и В). Выпускаются в металлическом кор пусе с крепёжными фланцами.

СЕРИИ TESD800 И TESDU1000 DC/DC преобразователи типов TESD800 и TESDU1000 (см. рис. 8) харак теризуются следующими параметрами: ● медный корпус (опция), исполнение с фланцами; ● параллельная работа; ● обратная связь с нагрузки; ● выходной ток до 67 А, мощность 800 и 1000 Вт, 1 выходной канал; ● входное напряжение: 18…75 (84) В, 18...36 В, 36...72 В; ●

Рис. 8. Преобразователь TESDU1000

безоптронная магнитная обратная связь; ● подстройка выходного напряжения, дистанционное ВКЛ/ВЫКЛ; ● максимальная ёмкость 3100 мкФ для Uвых = 27 В. При сравнительно малых габаритах (168 × 110 × 16 мм) эти модули имеют выходную мощность до 1000 Вт. Они могут включаться/выключаться по ко манде. Допускается параллельное и последовательное соединение по вы ходам. Все модули соответствуют стандарту ЭМС EN55022 (А и В). Выпускаются в металлическом кор пусе с крепёжными фланцами. Все представленные модули выпол нены на заказной элементной базе и залиты теплопроводящим компаун

дом. Они имеют расширенный темпе ратурный диапазон и содержат мик росхему температурной защиты. Мо дули проходят специальные виды тем пературных и предельных испытаний, в том числе электротермотренировку с экстремальными режимами включе ния и выключения. Под заказ могут выпускаться в мед ном корпусе с защитным покрыти ем, допускающем установку на алю миниевый радиатор и благоприятно влияющем на показатели ЭМС и теп лопередачу. Возможно изготовление преобразователей в бюджетном испол нении. В следующем номере журнала будут рассмотрены DC/DC преобразовате ли класса High Voltage производства TESLA Electric.

●

энергетическая плотность до 3382 Вт/дм3; низкопрофильная 16 мм конструк ция;

Рис. 7. Преобразователь TESD400

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

WWW.SOEL.RU

©СТА-ПРЕСС

●

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ

Источники питания от компании TOELLNER В статье представлены имитаторы сети электропитания мощностью от 160 до 336 Вт, оснащённые интерфейсом GPIB и сочетающие богатую функциональность с превосходными характеристиками аналогового выхода.

На российском рынке представлено множество производителей контроль но измерительного и испытательного оборудования со всего мира (США, Гер мания, Италия, Тайвань, Китай и др.). В данной статье рассказывается о про дукции немецкого производителя, – компании TOELLNER. Она зарекомен довала себя как ведущий поставщик оборудования для крупнейших авто мобильных концернов и авиационных фирм. Компания TOELLNER была основана в 1972 году и с тех пор успешно работа ет в сфере разработки и производства контрольно измерительного и испы тательного оборудования. В настоящее время производственная программа TOELLNER представлена следующими направлениями и группами электрон ных средств измерений: ●

●

программируемые лабораторные источники питания (одно и двухка нальные); источники питания с функцией мо делирования сигналов произволь ной формы; источники электропитания высокой мощности (до 5,2 кВт); широкополосные усилители напря жения и тока; уникальные 4 квадрантные (4Q) ис точники питания с мощностью до 320 Вт и диапазоном частот от 0 Гц до 100 кГц (для слаботочных сигналов до 400 кГц); формирователи микросекундных провалов напряжения и имитации прерываний питания; функциональные генераторы сигна лов специальной и произвольной формы.

Рис. Внешний вид источника питания ТОЕ 8815

Главные области применения дан ного оборудования – промышленная электроника, авиационно космичес кая индустрия, производство транс портных средств, машиностроение, электротехника, научные исследова ния, образование и обучение, телеком муникации и связь. Источники питания TOELLNER поз воляют имитировать сети электропи тания. Серии TOE 8805 с выходной мощностью 160 Вт и TOE 8815 (см. рис.) с выходной мощностью 320 Вт представляют собой новое поколение имитаторов сети электропитания с ин терфейсом GPIB. В этих устройствах сочетается богатая функциональность с превосходными характеристиками аналогового выхода. Имитаторы сети электропитания позволяют формиро вать функциональную кривую по 1000 точкам. Для каждой отдельной точки можно запрограммировать любые зна чения тока и напряжения в пределах допустимого диапазона, а также их длительность (от 200 мкс до 100 с). Та ким образом, данные имитаторы оп тимально подходят для автоматичес ких испытательных и измерительных установок, а также для систем контро ля качества. Ранее эти области обслу живали специальные компьютеры и контроллеры. Имитаторы сети электропитания TOE 8805 и TOE 8815 имеют различ ные варианты исполнения. Они рабо тают в соответствии с классическим принципом стабилизатора с последо вательным включением регулирующе го элемента, и, таким образом, гаранти руют превосходные выходные пара метры, характеристики управления и свободны от шумовых выбросов. С целью минимизации потерь мощнос ти, перед последовательным стабили затором включен предварительный ступенчатый регулятор. Благодаря интерфейсу GPIB эти при боры могут применяться как источни ки электропитания с дистанционным WWW.SOEL.RU

управлением в автоматических ком пьютерных системах испытательных и измерительных комплексов. Одним из главных достоинств ими таторов сети электропитания серий TOE 8805 и 8815 является 14 разряд ное разрешение при установке и изме рении тока и напряжения. Значения измерений выводятся на два раздель ных 5 разрядных светодиодных инди катора устройства. При управлении по шине GPIB значения измерений могут быть считаны контроллером со ско ростью 12 замеров/с, что позволяет в большинстве случаев исключить при менение дополнительных цифровых мультиметров. Обе серии приборов оснащены па мятью с надёжной защитой от сбоев, в которой может храниться до 100 па раметров настройки прибора. Перед выключением, настройка устройства также сохраняется и может быть, при необходимости, вызвана повторно при следующем включении. Для подав ления помех, параллельно выходным разъёмам можно подключить встроен ный конденсатор. К дополнительным функциональ ным возможностям относятся режим автоматической компенсации падения напряжения и переключение режимов ожидания / исполнения, которое поз воляет немедленно понизить значение напряжения и тока до нуля в режиме ожидания и сразу же выйти на запро граммированные значения в режиме исполнения. Основные выходы и из мерительные разъёмы расположены на передней панели (для лаборатор ного использования) и продублирова ны на задней панели (для встраивания в автоматические измерительные и ис пытательные системы). Различные имитаторы сети электро питания линейки TOE 8805 и TOE 8815 рассчитаны на разное номинальное выходное напряжение. На напряжение указывает идентификатор, добавляе мый к обозначению типа и отделяе мый дефисом. Максимальные значе ния тока приведены в таблицах 1 и 2. Продукция компании Toellner выгод но отличается от аналогов, прежде все го, своими функциональными возмож ностями, которые удовлетворяют со временные потребности специалистов СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

©СТА-ПРЕСС

Екатерина Ветошкина (Москва)

©СТА-ПРЕСС

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ

Таблица 1. Имитаторы сети электропитания линейки TOE 8805

Таблица 2. Имитаторы сети электропитания линейки TOE 8815

Тип

Напряжение, В

Ток, А

Мощность, Вт

Тип

Напряжение, В

Ток, А

Мощность, Вт

TOE 8805 16

160

TOE 8815 16

320

TOE 8805 18

162

TOE 8815 18

324

TOE 8805 20

160

TOE 8815 20

320

TOE 8805 24

168

TOE 8815 24

336

TOE 8805 32

160

TOE 8815 32

320

TOE 8805 40

160

TOE 8815 40

320

TOE 8805 48

3,5

168

TOE 8815 48

336

и инженеров – разработчиков. Обору дование и системы TOELLNER востре бованы в области инженерного дизай на и новых технических разработок (НИОКР), в научно исследовательских предприятиях и университетах, во всех сферах ИТ, в промышленной авто матизации и электронике общего на значения. Продукция TOELLNER имеет опти мальное соотношение цена/производи тельность и экспортируется во многие страны мира. Региональные представи

тели обеспечивают непосредственный доступ и прямые продажи для локаль ных клиентов и, таким образом, гаран тируют высокий уровень доступности изделий TOELLNER и сжатые сроки по ставки. На территории Российской Фе дерации компанию представляет ЗАО «ТЕСТПРИБОР». Вся продукция TOELLNER произ водится в строгом соответствии с действующими стандартами и специ фикациями. Она полностью отвечает нормам VDE 0411 и правилам безопас

ности МЭК (IEC 348), имеет соответ ствующую маркировку (символ СЕ) и поставляется в соответствии с доку ментом «Общие положения и условия продажи изделий и услуг электронной промышленности» (General Terms and Conditions of Sale for Products and Ser vices of the Electronics industry). Принцип работы компании TOELL NER «всегда идти в ногу со временем и быть на передовых рубежах» лежит в основе всего производства приборов. Отделка и конечная сборка оборудо вания компании осуществляется ис ключительно вручную, обеспечивая беспрецедентную точность механики и электроники. Срок гарантии на все изделия TOELLNER составляет 12 ме сяцев, что подразумевает строгий от бор элементной базы и входной контроль комплектующих изделий. Каждый компонент оборудования из готавливается с соблюдением высоких требований к качеству, надёжности и безопасности.

В конференции «Встраиваемые технологии 2013» участвовало более 400 компаний 18 апреля 2013 года компания «Кварта Технологии», при поддержке корпорации Microsoft, провела шестую ежегодную конференцию «Встраиваемые технологии 2013. Современные программные и аппа ратные решения». В ней приняли участие более 400 российских и зарубежных про изводителей программных, аппаратных платформ и разработчиков конечных уст ройств, 23 компании представили готовые решения на базе Microsoft Windows Em bedded. Анализ аудитории показал, что боль шинство посетителей конференции зани маются разработкой и производством компьютерного оборудования и компле ксных решений (39%). На втором месте – разработчики программного обеспечения (21%), на третьем – системные интегра торы (11%). Если посмотреть на статис тику по типам решений – лидируют сис темы автоматизации предприятий, про граммное обеспечение для встраива емых устройств, платёжные и информа ционные киоски, промышленные кон троллеры, серверы, тонкие клиенты, из мерительные устройства. Значительную долю посетителей (40%) составили руко водители технических подразделений и

проектов, а также разработчики и инже неры (28%). Открыл конференцию коммерческий директор «Кварта Технологии» Валерий Дробышевский. Он рассказал о тен денциях рынка ВКТ в России. С основ ным докладом о трансформации рынка встраиваемых устройств, понятиях «ин теллектуальные системы» и «большие данные» выступил Остап Марченко, ме неджер Microsoft Windows Embedded по странам Восточной Европы. Алексей Ро гачков, специалист по корпоративным технологиям корпорации Intel (Россия), сделал сообщение о рынке «умных» уст ройств, познакомил гостей конференции с новыми технологиями и продуктами. Windows Embedded Compact 2013 пред ставил менеджер по технологиям Мартен Струйс. В перерывах между докладами работа ла выставка устройств и компонентов для создания embedded решений. Среди новинок были представлены: киоски, тон кие клиенты, промышленные компьюте ры, системы Digital Signage, терминалы самообслуживания, оборудование для медицины и многое другое. Особый инте рес вызвала разработка компании Na tional Instruments – роботизированная механическая рука, созданная на базе контроллера cRIO 9082 с установленной операционной системой Windows XP Em WWW.SOEL.RU

bedded и системой MS Kinect. Программа «отслеживала» движения человеческой руки и проецировала их на роботизиро ванную руку, которая эти движения по вторяла. Киоски, платёжные терминалы, банко маты представили российские компании САГА Технологии, СМ Т, ДОРС, Уникум. В области ритейла свои решения продемон стрировали компании АТОЛ и Пилот. С серверами на операционных системах Win dows Embedded Server можно было позна комиться на стендах компаний DEPO Com puters и Aquarius. Новинки в области встра иваемых устройств показали Advantech и IEI Technology Corp., а также российские компании Ниеншанц Автоматика, РТСофт, IPC2U, SIMECS. Вторая часть конференции была пред ставлена двумя сессиями. Представители «Кварта Технологии» рассказали о новом продукте Windows Embedded 8 Industry, осветили особенности лицензирования и средства разработки. В параллельной третьей сессии был проведён круглый стол, во время которого участники полу чили ответы на лицензионные вопросы. На конференции было представлено 19 докладов и 6 кейсов известных россий ских и зарубежных компаний: Microsoft, Intel, Texas Instruments, РТСофт и многих других. www.embeddedday.ru. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

©СТА-ПРЕСС

Новости мира News of the World Новости мира

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ

Новости мира News of the World Новости мира

Итоги VII Международного форума по спутниковой навигации 24 и 25 апреля в Москве прошёл VII Меж дународный форум по спутниковой навига ции совместно с V Международной выстав кой «Навитех 2013». В форуме приняли участие 1500 человек. Они представляли более 300 компаний из 16 стран мира, в том числе из США, Индии, Китая, стран СНГ. Более ста докладчиков посвятили выступления проблемам развития рын ка и применениям решений на основе технологии ГЛОНАСС в коммерческих целях, повышению безопасности на транспорте, новым разработкам в облас ти обеспечения средств связи и мони торинга, использованию инновацион ных технологий для контроля перемеще ния воздушных судов и спецтехники в аэропортах и другим актуальным во просам.

Заместитель Председателя Правитель ства РФ Дмитрий Рогозин в своём выступ лении отметил, что развитие спутниковых технологий и системы ГЛОНАСС особенно важно для оборонной промышленности и обеспечения национальной безопасности. Советник Президента РФ Игорь Левитин заявил, что Россия должна выходить на международный рынок с продуктами ГЛОНАСС. Это комплексные, отраслевые решения для различных видов транспорта; специализированное навигационное обо рудование, которое было уже испытано в России. Заместитель министра транспорта Алек сей Цыденов выступил с докладом «Нави гация – основа для обеспечения безопас ности и модернизации транспортного ком плекса Российской Федерации», в котором сообщил, что экономический эффект от внедрения системы ГЛОНАСС можно оце нить в 160 млрд руб. в год. По окончании пленарного заседания прошла торжествен ная церемония вручения ежегодной пре мии «За вклад в создание и развитие сис темы ГЛОНАСС». www.glonass forum.tu

По данным промышленных источников Digitimes, некоторые японские производи тели, включая Sharp и Panasonic, готовятся к выпуску 6" панели для использования в hi end смартфонах. Массовый выпуск этих панелей начнётся в конце третьего кварта ла 2013 года. Благодаря выпуску Galaxy Note, прода жи которого в 2012 году составили 8 млн единиц, Samsung Electronics практически создала рынок смартфонов с крупным экраном. Компания Acer ожидает реали зовать в 2013 году около 10 млн гибри дов смартфонов с планшетами с ценой $399…499. Переход японских производителей на производство 6" панелей объясняется па дением цен на 5" смартфоны и 7" планше ты. В сегменте планшетов с диагональю экрана 9,7", как известно, доминирует Apple, заказы которой получить не так уж и просто. Поэтому 6" панели для мобиль ных устройств оказались наиболее пер спективным продуктом, производство ко

торого может оказаться наиболее рента бельным. www.digitimes.com

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

WWW.SOEL.RU

©СТА-ПРЕСС

Японские производители готовят 6" сверхтонкие панели для смартфонов

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ

Применение в электроэнергетике источников питания серии Westcor от компании Vicor Публикуется с разрешения журнала CHIP NEWS Украина (http://www.chipnews.com.ua)

Руслан Скрышевский (Украина)

Компания Vicor существует на миро вом рынке электроники с 1981 г. С каж дым годом требования к источникам питания всё более и более увеличива ются. Низкое потребление мощности, компактность, соответствие стандар там безопасности, – и это далеко не весь перечень требований к современ ным импульсным источникам пита ния. Сегодняшний украинский рынок нуждается в энергосберегающих, вы соконадёжных источниках питания, способных отвечать разработкам лю бых уровней сложности и любых уров ней мощности. Преобразователи по стоянного и переменного тока от ком пании Vicor способны удовлетворять вышеперечисленным требованиям. Для применения в такой специфичес кой, но в то же время популярной об ласти – электроэнергетике – компания Vicor разработала AC/DC источники питания серии Westcor. Данная серия включает в себя сконфигурированные

Рис. 1. AC/DC PFC Front End

Рис. 2. AC/DC MegaPAC

источники питания, мощность кото рых может составлять до 600 Вт. Среди преимуществ AC/DC Westcor следует выделить возможность работы в па раллель, использование в устройствах с низким уровнем шума, наличие встроенного вентилятора, а также лёг кость извлечения или демонтажа. При меры источников питания из модулей Westcor приведены в таблице 1. В этой статье мы остановимся на двух наиболее применяемых типах ИП: AC/DC PFC Front End (рис. 1) и MegaPAC (рис. 2). Их технические пара метры приведены в таблице 2.

PFC FRONT END Блок схема PFC модуля показана на рис. 3. PFC Front End состоит из ав тономного однофазного блока – кор ректора коэффициента мощности, внешнего интерфейса, фильтра элек тромагнитных помех, охлаждающего вентилятора, пользовательского ин терфейса и вспомогательной схемы. Входное напряжение сети перемен ного тока подаётся через соответству ющий разъём на фильтр электромаг нитных помех, соответствующий клас су А стандарта EN55022. После включения входной ток огра ничивается термистором с положи тельным температурным коэффици ентом. После выпрямления входное напряжение пропускается через повы шающий преобразователь, который сохраняет входной ток синусоидаль ным, синхронизированным с входным напряжением. Далее ток поступает на конденсаторы и высоковольтную схему. При начальном включении PFC Front End выходной управляющий ка нал отключен для ограничения скачка тока. Обратноходовой низковольтный преобразователь обеспечивает пони WWW.SOEL.RU

женным постоянным напряжением вспомогательную схему и вентилятор. Вспомогательное напряжение VCC поступает через 2 с после включения питания. Как только напряжение на высоковольтной шине достигнет до пустимого диапазона – линия AC Power Ok включается в состояние лог. 1, ин дицируя, что выходное питание нахо дится в норме, и подключает выход. Вспомогательный выход 5 В DC обес печивает ток до 0,3 А. Опторазвязанный выход Enable/Di sable управляет преобразователями, которые используются совместно с устройством. Если вывод Enable/Di sable имеет низкий уровень напряже ния, то срабатывает оптрон и отключа ет соответствующий выход модуля. Но минальная измеренная задержка при «отпускании» вывода Enable/Disable составляет 5…10 мс. Общая функция ShutDown управляет всеми выводами одновременно и работает аналогично.

MEGAPAC Рассмотрим принцип работы этого устройства на примере источников пи тания AC/DC в размере Mini. Шасси Mini MegaPAC (рис. 4) состо ит из автономного однофазного АС модуля, фильтра электромагнитных помех, охлаждающего вентилятора, пользовательского интерфейса и вспомогательных схем. Входной ток подаётся на входную колодку. EMI фильтр, через который проходит этот ток, отвечает стандарту EN55022 (классы А и В). При включении пуско вой ток ограничивается терморезис тором с отрицательным температур ным коэффициентом. Выпрямитель построен по мостовой схеме. Эта конструкция работает от 230 В пере менного тока как мостовой выпрями тель или вручную переводится в ре жим удвоения напряжения для сети 115 В, поставляя нерегулируемые 300 В DC плате высокого напряжения. Она осуществляет питание преоб разователей Converter PAC, которые обеспечивают необходимые низкие СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

©СТА-ПРЕСС

В статье рассматриваются технические и прикладные аспекты применения в электроэнергетике AC/DC модулей серии Westcor американской компании Vicor.

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ

Высоковольтная шина Линейный фильтр

Ограничитель тока

Выпрямитель

Повышающий преобразователь

АС вход

Выход 360 В dc

Отсчет на временной диаграмме Отсчет значений тока

Интерфейс пользователя

Внешний конденсатор

Выход 360 В dc

ККМ (PFC) Контроль ШИМ

Контроль вкл./выкл.

Выход 360 В dc

Выход 360 В dc Вентилятор

Изолированное вспомогательное питание

12 В

14 В dc – Макс. 1.5 А

Выход 1

Выход 2

Выход 3

Выход 4

Рис. 3. Архитектура PFC модуля

малые потери при переключении; высокая частота преобразования определяет малые размеры транс форматоров и конденсаторов; ● превосходная линейность и регули рование нагрузки; ● широкий диапазон регулирования выходов; ● низкое излучение помех; ● высокая эффективность. При начальном включении выхо ды Mini MegaPAC отключены до тех пор, пока пусковой ток не войдёт в установленный диапазон. Обратно ходовой преобразователь с ШИМ преобразует высокое постоянное напряжение шины в регулируемое низковольтное напряжение для пи тания вспомогательных схем и вен тилятора охлаждения DC. При на пряжении питания 115 В напря жение на вспомогательную схему по даётся с задержкой около 2 с, а при 230 В питания – через 500 мс. Как только напряжение на высоковольт ной шине достигает допустимого ди апазона, линия AC Power Ok включа ется в состояние лог. 1, индицируя, что выходное питание находится в норме, и подключает выход с задерж кой менее 50 мс. ● ●

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

Вспомогательное напряжение 5 В с током до 0,3 А может использоваться периферийными устройствами с разъ ёма J10 9. Опторазвязанный выход Enable/Di sable управляет преобразователями Converter PAC. Если вывод Enable/Di sable имеет низкий уровень напряже ния, то срабатывает оптрон и отклю чает соответствующий выход модуля. Номинальная измеренная задержка при «отпускании» вывода Enable/Di sable составляет 5…10 мс. Общая функ

ция ShutDown управляет всеми выво дами одновременно и работает анало гично. О б н а р у ж е н и е п о т е р ь в хо д н о й мощности занимает ограниченный период времени, после этого сиг нал «ОК» переменного питания из меняется из лог. 1 в лог. 0. Этот сиг нал можно использовать в течение 1,2 с после первоначального запус ка. Одним из применений данного сигнала может быть обнаружение потенциальных потерь мощности.

WWW.SOEL.RU

©СТА-ПРЕСС

напряжения. Преобразование напря жения осуществляется DC/DC кон вертерами, выполненными по техно логии переключения при нулевом токе (ZCS). Эта запатентованная тех нология имеет много уникальных свойств:

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ

Таблица 1. Основные типы AC/DC продукции серии Westcor Источник питания

Мощность

Источник питания

Мощность

AC/DC VI 200/VI J00 ConverterPACs (с выходной мощностью до 200 Вт) ModuPAC (M)

до 200 Вт

RamPAC (R)

до 100 Вт

DualPAC (D)

2 выхода до 100 Вт каждый

DualQPAC (LD)

до 100 Вт

JuniorPAC (J)

до 100 Вт

BatPAC (B)

до 200 Вт (программируемый источник питания)

QPAC (L)

до 200 Вт

JrQPAC (LJ)

до 100 Вт

AC/DC Maxi ConverterPACs (с выходной мощностью до 600 Вт) UniPAC (XU)

до 500 Вт

QPAC (XQ)

до 500 Вт

FinPAC

до 600 Вт

FinPAC (PZL)

до 600 Вт

Mini MegaPAC

до 1 кВт

PFCMegaPAC!EL/HPEL

до 2,4 кВт

PFC MegaPAC/HP

до 2,4 кВт

4 kW MegaPAC!EL

от 2 до 4 кВт

Autoranging MegaPAC

до 1,6 кВт

4 kW MegaPAC

от 2 до 4 кВт

AC/DC MegaPAC Family

AC/DC импульсные источники питания семейства LoPAC, преобразователи FlatPACEN PFCMini

до 1500 Вт

PFC Micro

до 800 Вт

PFC MicroS

до 600 Вт

Flatpac!EN

425 Вт или 500 Вт

Название

AC/DC MegaPAC

AC/DC PFC Front End

Входное напряжение, В

Выходное напряжение, В

Выходная мощность, Вт

Габаритные размеры, мм

Другие характеристики

85–264 (AC), 208/240 (AC) 3!фазное, 100–380 (DC)

2–95

25–4000

86,4 × 152,4 × 241,3

Охлаждающий вентилятор; до 40 выходов; опция малой утечки тока; наличие корректора коэффициента мощности; КПД> 80%

85–264 (AC), 47–800 Гц, 100–380 (DC)

360, 375, 384

до 2200

43,6 × 162,6 × 177,8

Встроенный вентилятор охлаждения; монтируются на DIN!рейку; до 4 неизолированных выходов; встроенный корректор коэффициента мощности

Минимальное время предупрежде ния составляет 3 мс. После потери мощности на входе при падении напряжения на шине ниже опера ционного порога выводы блокиру ются.

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ СЕРИИ WESTCOR Одним из применений источни ков питания PFC Front End и Mega PAC Vicor являются системы про Высоковольтная нерегулируемая шина

Входная мощность EMI-фильтр

AC/DC выпрямитель питания Ограничение входного напряжения Ограничение пускового тока

DC/DC выход ConverterPAC #1

DC/DC выход ConverterPAC #2

DC/DC выход ConverterPAC #3 DC-вентилятор

Выходная мощность

Логический источник питания

Шина DC Вспомогательные цепи

DC/DC выход ConverterPAC #4

Выходная мощность

Контроль DC/DC выход ConverterPAC #5

Интерфейс пользователя (оптоизолятор)

Рис. 4. Архитектура модуля PFC MegaPAC

Выходная мощность

WWW.SOEL.RU

Выходная мощность

верки трубопроводов. В системах дистанционного управления тру бопроводами обеспечивается про верка на коррозию и выявление других потенциальных угроз без прерывания работы трубопровода. MegaPAC отвечает требованиям по питанию для освещения, ультразву ка, рентгеновского излучения и других систем. PFC Front End ис пользуется для фильтрации элек тромагнитных помех и борьбы с пе реходными процессами, которые являются неизбежными при ис пользовании длинных кабелей вы сокой мощности. Среди других применений источ ников питания Westcor в электро энергетике можно выделить следу ющие: ● контроль переработки нефти; ● тракторы и экскаваторы; ● устройства добычи нефти в море; ● микротоннельные машины. Параметры AC/DC преобразовате лей серии Westcor подбираются на сай те компании Vicor http://vspoc. vicorpo wer.com/vspoc/ с помощью програм мы, которая называется Westcor Power System Configurator. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

©СТА-ПРЕСС

Таблица 2. Характеристики AC/DC MegaPAC и PFC Front End

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ

Ни байта врагу! ТВЕРДОТЕЛЬНЫЕ НАКОПИТЕЛИ

для ответственных применений

Безопасность ■ ■ ■

Быстрое стирание данных QErase Уничтожение данных SErase Защита от записи

Производительность ■ ■ ■

Скорость чтения до 200 Мбайт/с Скорость записи до 170 Мбайт/с Интерфейсы PATA и SATA

Надёжность ■

■

Расширенный диапазон температур –40...+85°С Конформное покрытие

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

WWW.SOEL.RU

©СТА-ПРЕСС

ОФИЦИАЛЬНЫЙ ДИСТРИБЬЮТОР ПРОДУКЦИИ INNODISK

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ

Измерения в частотной области: анализатор спектра или осциллограф? Дональд Вандервейт анализаторов спектра и осциллогра фов на фундаментальном уровне.

Развитие контрольно измерительных технологий размывает грань между измерительными платформами и открывает перед инженерами новые возможности.

ВВЕДЕНИЕ Для многих поколений радиоинже неров существовали простые правила: хочешь исследовать сигнал в частотной области – используй анализатор спект ра, а хочешь исследовать сигнал во вре менно й области – бери осциллограф. Классический анализатор спектра, в сущности, был построен на основе сме сителя, использующего перестраивае мый гетеродин для сканирования диа пазона частот. Осциллограф устроен ещё проще: напряжение входного сиг нала использовалось для отклонения луча ЭЛТ вверх и вниз по экрану для отображения изменений сигнала во времени. Измерения в частотной облас ти (частота, мощность в полосе частот, полоса сигнала и т.п.) выполнялись с помощью анализатора спектра, а изме рения во временно й области (длитель ность импульса и частота повторения, временны е характеристики сигнала и т.п.) – с помощью осциллографа. Когда цифровая революция упрости ла методы обработки сигналов и сделала их широкодоступными, грань между двумя платформами стала размываться. Осциллографы начали использовать быстрое преобразование Фурье (БПФ), рассчитывающее по показаниям этих приборов представление в частотной области. Анализаторы спектра стали за хватывать сигналы во временно й облас ти и обрабатывать их, чтобы получить изображение спектра. И всё же, неко торые различия между этими двумя платформами до сих пор сохранились. Осциллографы имеют ограниченную частоту дискретизации и позволяют

Вход ВЧ

Перестраиваемый ВЧ аттенюатор

АНАЛИЗАТОРЫ СПЕКТРА Сегодня большинство анализаторов спектра имеют полностью цифровую схему обработки сигнала (ЦПОС). На ри сунке 1 представлена упрощённая струк турная схема рассматриваемого прибо ра. Как и в классическом анализаторе спектра, частота входного сигнала пони жается до значительно более низкой про межуточной частоты (ПЧ). Этот сигнал оцифровывается аналого цифровым преобразователем (АЦП) и обрабатыва ется с помощью ЦПОС. Современный анализатор спектра предлагает два ре жима работы: качание частоты гетероди на для отображения сигналов в широком диапазоне частот или фиксированную частоту гетеродина для отображения всех составляющих в полосе анализа, которая определяется частотой дискретизации. Основным преимуществом этого метода является повышенная точность и на дёжность, поскольку вместо аналоговых компонентов работают цифровые, и погрешности, свойственные аналого вым компонентам, можно существенно уменьшить. Классические компоненты анализатора спектра, такие как поло совые фильтры ПЧ и логарифмические усилители, реализуются теперь в циф ровом виде, что делает их более точными и воспроизводимыми. Два дополнительных преимущества обеспечиваются возможностью остано ва качания гетеродина и сбора данных на одной частоте. Первое преимущество заключается в возможности наблюдения широкополосного сигнала во времен но й области, поскольку сигнал теперь оцифровывается и записывается. Основ ное отличие от осциллографа заключает ся в том, что анализатор спектра понижа ет частоту сигнала, поэтому данные ото

наблюдать сигналы от постоянного тока, но лишь до нескольких ГГц. Анализаторы спектра могут заглянуть далеко в микро волновый диапазон, но упускают в ходе качания частоты переходные процессы. А что, если вы хотите увидеть сигнал во временно й области, но его несущая час тота составляет 40 ГГц? Или захватить весь широкополосный импульс в X диа пазоне? По мере развития технологий РЭБ, РЛС и радиосвязи требования к контрольно измерительному оборудо ванию постоянно ужесточаются. Методы цифровой обработки сигна лов (ЦОС) открыли новые перспекти вы не только для ВЧ и СВЧ оборудова ния, но и для контрольно измеритель ных приборов. Анализаторы спектра и осциллографы могут теперь значи тельно больше, чем всего несколько лет назад, и по мере расширения их возможностей различия между ними становятся всё меньше и иногда исче зают полностью. Следует отметить, что желание исследовать сигнал в частот ной или временно й области практи чески не оказывает влияния на выбор платформы. Имеющееся программное обеспечение (ПО) анализа данных (та кое как Agilent 89601B) одновременно отображает сигнал во временно й и час тотной областях, а также предлагает многие другие режимы анализа. При наличии такого ПО разница между анализатором спектра, как устройст вом, работающим в частотной области, и осциллографом, как устройством, ра ботающим во временно й области, практически исчезает. Цифровая ре волюция изменила принципы работы

ПЧ

Полосовой фильтр

Предусилитель

14-разрядный АЦП

ЦОС

Сохранение и отображение

LO Гетеродин

Частота дискретизации

Рис. 1. Упрощённая структурная схема анализатора спектра

WWW.SOEL.RU

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

©СТА-ПРЕСС

Генератор качающейся частоты

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ

ОСЦИЛЛОГРАФЫ Как и в тракте ПЧ анализатора спект ра, сигнал, поступающий на входной ин терфейс осциллографа, преобразуется и обрабатывается цифровыми способа ми, но на значительно более высоких скоростях. Там, где анализатор спектра ограничен полосой анализа своего ге теродинного понижающего преобразо вателя и медленным АЦП, осциллограф за один проход может разглядеть весь частотный диапазон от постоянного то ка до многих ГГц. Сейчас существуют ос циллографы реального времени, часто та дискретизации которых доходит до 160 Гвыб/с (см. рис. 2). Дискретизация сигнала с такой высокой частотой позво ляет осциллографу отображать сигналы от постоянного тока до 63 ГГц и при этом оставаться в пределах, определяемых теоремой Котельникова. Тем не менее, существуют некоторые факторы, накладывающие ограничения на практическое применение этой ар хитектуры. Один из них заключается в огромном объёме данных, который яв ляется прямым следствием высокой час тоты дискретизации. Каждую секунду генерируются сотни гигабайт данных, и обычно при использовании полной по лосы пропускания за один проход удаёт ся захватить и проанализировать лишь малую долю секунды. Такие методы обработки данных, как сегментирова ние памяти, позволяют расширить вре менно?е окно захвата, но только для пе риодически повторяющихся сигналов. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

Вход Канал 1

ВЧ Перестраиваемый аттенюатор

Предусилитель

8-разрядный АЦП

Вход Канал 2

ВЧ Перестраиваемый аттенюатор

Предусилитель

8-разрядный АЦП ЦОС

Вход Канал 3

ВЧ Перестраиваемый аттенюатор

Предусилитель

8-разрядный АЦП

Вход Канал 4

ВЧ Перестраиваемый аттенюатор

Предусилитель

8-разрядный АЦП

Сохранение и отображение

Частота дискретизации

Рис. 2. Упрощённая структурная схема 4 канального осциллографа Другой фактор связан с тем, что вы сокоскоростные АЦП обычно имеют разрешение 8 разрядов, в отличие от 14 или 16 разрядных АЦП в анализа торах спектра. Однако во многих при ложениях это отличие не играет важ ной роли. Высокоскоростные осцил лографы предлагают специальные методы обработки, позволяющие сни зить шум и расширить динамический диапазон в частотной области за счёт высокой частоты дискретизации. Ес ли вы исследуете малые сигналы в ши роком диапазоне частот (например, выбросы), вам больше подойдёт ана лизатор спектра, но для большинства коммуникационных и радиолокаци онных приложений разница между

двумя приборами может оказаться не существенной.

ВЫБОР ПРИБОРА ДЛЯ КОНКРЕТНОЙ ЗАДАЧИ Если оба прибора могут анализиро вать ВЧ и СВЧ сигналы, то какой из них лучше выбрать? Хотя обе технологии имеют общие возможности, существу ют и некоторые базовые отличия. Частота несущей и полоса сигнала Самым важным параметром, который следует учитывать, является полоса сиг нала, который вы хотите анализировать. Если сигнал укладывается в полосу ана лизатора, а частота несущей равна не скольким ГГц, то лучшим выбором при

WWW.SOEL.RU

©СТА-ПРЕСС

бражаются относительно центральной частоты измерения. Второе преимуще ство заключается в возможности наблю дения фазовых характеристик сигнала. Выполнив некоторую базовую цифро вую обработку, можно демодулировать и анализировать фазу коммуникацион ных сигналов или ЛЧМ импульсов РЛС. Некоторые изготовители называют ана лизаторы спектра с такими возможнос тями «анализаторами сигналов», стре мясь подчеркнуть эту новую возмож ность демодуляции и анализа сигналов, передаваемых на несущей частоте. Но анализаторы сигналов всё же обладают одним важным ограничени ем – частотой дискретизации АЦП в цифровом тракте ПЧ, от которой зави сит полоса наблюдения (в соответ ствии с теоремой Котельникова). На момент написания данной статьи час тота дискретизации сигнала ПЧ до 400 Мвыб/с позволяла анализировать сигнал в полосе шириной до 160 МГц.

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ

Анализатор спектра/сигналов

Осциллограф

Полоса анализа >160 МГц

Нет

Да, до верхней границы полосы пропускания прибора

СВЧ!диапазон

Да

Да, но обходится дороже

Временное окно захвата Демодуляция/анализ Длительность фронта/спада

секунды или минуты Да 20 нс

миллисекунды Да 5 пс 4 канала в одном приборе; большее число каналов Необходимо несколько Многоканальные измерения получается за счёт объединения нескольких приборов синхронизированных приборов или оцифровщиков

той же стоимости будет анализатор. Меньшая частота дискретизации ана лизатора спектра позволяет захватывать и анализировать сигнал в большем вре менно м окне. Кроме того, на частотах 10 ГГц и выше анализаторы спектра обычно дешевле осциллографов. Одна ко если вы хотите анализировать широ кополосные сигналы с полосой 160 МГц и шире, или хотите наблюдать фронты и спады длительностью менее 20 нс, то лучшим выбором будет осциллограф. Разрешение по амплитуде (мощности) и уровень собственных шумов Следует учитывать и разрешение за хватываемых данных. Большинство анализаторов спектра оцифровывает сигнал с разрешением 14 разрядов, то гда как типовое разрешение АЦП осцил лографа составляет 8 разрядов. Кроме того, в связи с тем, что осциллографы имеют широкополосный входной ин терфейс (без фильтрации), в измери тельный тракт может проникнуть боль ше широкополосного шума, что вызовет проблемы в приложениях с высоким уровнем шумов или фоновых сигналов. Тем не менее, во многих случаях приме няемые в осциллографах методы обра ботки данных могут ослабить или пол ностью устранить эти явления. Число каналов Анализатор спектра является одно канальным прибором. Осциллографы обычно имеют четыре канала. И хотя анализаторы спектра можно объеди нять и синхронизировать, такое реше ние не будет простым и дешёвым. Для измерений, выполняемых по двум, трём или четырём каналам, осциллограф имеет несомненное преимущество.

ПРИМЕРЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ Чтобы продемонстрировать влияние этих различий на практике, ниже пере числены некоторые преимущества и недостатки анализаторов спектра и ос циллографов для наиболее распрост ранённых сигналов.

Сигналы РЛС (статическая несущая частота) Типовые сигналы РЛС имеют срав нительно узкую полосу (<100 МГц), но высокую частоту несущей. Если полоса сигнала не превышает полосы анализа, то логично выбрать именно анализа тор. Анализатор сигналов предлагает лучшее разрешение и бо льшие интер валы захвата, и обычно дешевле осцил лографа. Однако для сигналов РЛС с полосой шире 160 МГц может понадо биться осциллограф, если вы хотите увидеть весь сигнал целиком без кача ния частоты. Один из способов расши рения полосы анализа без помощи высокоскоростного осциллографа за ключается в применении анализатора спектра в качестве настраиваемого преобразователя частоты и подаче сиг нала ПЧ на внешний осциллограф с полосой пропускания 1 ГГц. Этим спо собом можно анализировать сигналы с полосой несколько сотен МГц. Повы сить точность измерения можно за счёт коррекции частотной характе ристики тракта ПЧ и других факторов. Сигналы со скачкообразной перестройкой частоты Если сигнал совершает скачки в пре делах полосы анализа, то данные можно собирать без потерь в течение несколь ких секунд (в некоторых случаях, не скольких минут или часов с помощью внешних RAID массивов жёстких дис ков), в то время как высокоскоростной осциллограф позволяет собирать дан ные лишь за несколько миллисекунд. Если частотный диапазон скачкооб разного сигнала шире, пользователю придётся воспользоваться быстрым ос циллографом или, проявив смекалку, использовать группу анализаторов сиг налов или преобразователей частоты с дигитайзерами для мониторинга не сольких участков спектра. Широкополосные коммуникационные сигналы Высокоскоростной осциллограф бу дет удачным выбором для демодуляции WWW.SOEL.RU

и анализа коммуникационных сигна лов с символьными скоростями более 100 МГц. Например, широко распрост ранённой задачей является измерение сигналов в диапазонах Ka и Ku с сим вольными скоростями несколько ГГц. Поиск слабых сигналов Ключевым фактором при поиске вы бросов и других маломощных сигналов является ограничение шума. Способ ность анализатора сигналов выполнять узкополосное качание в широком диа пазоне частот, и тем самым отфильтро вывать бо льшую часть широкополосно го шума, делает его идеальным прибо ром для обнаружения слабых сигналов. Многоканальные измерения В некоторых приложениях, таких как РЛС с фазированной антенной решёт кой, многоантенные пеленгаторы и коммуникационные системы MIMO, может потребоваться анализировать и сравнивать десятки сигналов парал лельно. Здесь осциллограф, будучи 4 канальным прибором с синхронизи рованными по времени каналами, полу чает естественное преимущество. Вы полнение относительных измерений между каналами на анализаторе спект ра в принципе возможно, но требует применения нескольких приборов и специальной схемы, обеспечивающей их синхронизацию. Если необходимо более 4 каналов, лучшим решением мо жет быть отказ от обеих обсуждаемых технологий и переход к массиву диги тайзеров. Без лишних затрат и дополни тельных компонентов, необходимых анализаторам спектра и осциллогра фам, дигитайзеры позволяют создать компактное и недорогое решение для анализа по множеству каналов. Недо статком обычно являются дополнитель ные трудозатраты на настройку масси ва и обработку данных.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ В таблице приведено сравнение со временных анализаторов и осциллогра фов. Очевидно, что в результате приме нения ЦОС в анализаторах спектра и ос циллографах, грань между этими двумя технологиями размывается до такой сте пени, что в некоторых приложениях на илучшим анализатором спектра может оказаться осциллограф, а наилучшим ос циллографом – анализатор спектра. В любом случае, современные приборы значительно мощнее своих предшест венников десятилетней давности. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

©СТА-ПРЕСС

Таблица. Сравнение основных параметров двух платформ

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ

Новости мира News of the World Новости мира

Серии дисплеев Planar® Mosaic™ и Pla nar® UltraLux™ компании Planar были наз ваны журналом Signage Solutions Magazine «Продуктами 2012 года» (Products of the Year). Серия Planar Mosaic была отмечена также журналом Digital Signage Magazine наградой 2013 DIGI Award Winner за наи лучшее новаторство в области дисплейных технологий. Награды журнала Signage Solutions Magazine «Продукты 2012 года», опубли кованные 14 января, оценивают наиболее выдающиеся достижения производите лей в разработке, чьи изделия считаются исключительными в продвижении и со вершенствовании индустрии digital sig nage. Награды 2013 DIGI Awards, опубликован ные 21 февраля, под управлением NewBay Media журнала Digital Signage Magazine, представляют собой дань уважения компа ниям, обеспечившим успех своим заказчи кам и способствующим дальнейшему раз витию индустрии digital signage в целом.

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

Представленные в феврале 2012 года архитектурные видеостены Planar Mosaic позволяют по другому увидеть внутренние пространства: размещённые мозаичными способом ЖК дисплеи, включающие 22" квадратный элемент мозаичного изображе ния, функционально выделяют три различ ных стороны. Использование собственных запатентованных программного обеспече ния и аппаратных средств Mosaic En semble™ позволяет поворачивать элемен ты мозаичного изображения Planar Mosaic фактически на любой угол и устанавливать в любое положение, предоставляя бесчис ленные возможности конструирования. Серия дисплеев Planar UltraLux была представлена в июне 2012 года и является первой серией 70" и 80" ЖК дисплеев, ко торые характеризуются стеклянной пове рхностью от края до края. Дисплеи Planar UltraLux Series доступны в разнообразных конфигурациях, включающих поддержку ландшафтного и портретного режимов, установку на стену и отдельный стенд, окраску корпуса в чёрный или белый цвет, обеспечивая заказчиков широким рядом дисплейных опций.

WWW.SOEL.RU

Дисплеи Planar UltraLux™ поддерживают режим работы 24/7 и являются идеальным решением для передачи информации на предприятиях розничной торговли, в рек ламных сетях, корпоративной коммуника ции и информационно справочных приме нениях. www.planar.com

©СТА-ПРЕСС

Planar удостоена награды на выставке Digital Signage Expo 2013

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ

Волоконно оптический датчик ускорений с цилиндрической линзой Татьяна Мурашкина, Кирилл Серебряков, Ольга Юрова, Александр Удалов, Антон Щевелёв (г. Пенза)

Внедрение волоконно оптических информационно измерительных систем (ВОИИС) необходимо для уменьшения массы измерительных средств и кабельных сетей на борту летательных аппаратов, повышения их искро, взрыво , пожаробезопас

ности и помехозащищённости. По

скольку одним из основных факто

ров, воздействующих на летательные аппараты в полёте, является ускоре

ние, то создание волоконно оптичес

ких датчиков ускорений (ВОДУ) яв

ляется актуальной научно техничес

кой задачей. При проектировании ВОДУ необ

ходимо учитывать влияние на резуль

тат измерения изгибов оптических волокон, изменения параметров ис

точников и приёмников излучения под воздействием механических и

климатических факторов, поэтому наиболее перспективным является применение дифференциальной схе

мы преобразования оптического сиг

нала [1]. В описываемом датчике ускорений основным элементом является воло

конно оптический преобразователь микроперемещений (ВОПМП) с ци

линдрической линзой, который соче

тает функции модулирующего, инер

ционного и управляющего элемента (см. рис. 1). Световой поток от источ

ника излучения (ИК светодиода) по подводящему оптическому волокну (ПОВ) поступает в зону измерения, где установлен оптический модули

рующий элемент (цилиндрическая линза), воспринимающий измеряе

мую физическую величину (ускоре

ние). При перемещении линзы изме

Z Цилиндрическая линза

ПОВ

ΘВХ2

А Технологическое ОВ

ΘNA

Ф0 d c

ООВ Ф(Z) П1 l1

П2

ΘВХ1 А 2rц

l2 y0

А–А

Z = 0 мкм

Z = 20 мкм

Рис. 1. Расчётно конструктивная схема измерительного преобразователя при модуляции светового потока с помощью цилиндрической линзы

WWW.SOEL.RU

няется положение светового пятна относительно рабочих торцов отво

дящих оптических волокон (ООВ) первого и второго измерительных ка

налов, которые расположены друг над другом вдоль направления пере

мещения линзы. В плоскости ООВ световое пятно имеет вид пересе

чения кольца, образованного двумя эллипсами (см. рис. 2). В программной среде MatLab было проведено математическое модели

рование с целью определения конст

руктивных параметров ВОПМП [2]: расстояния l1 от торца ПОВ до поверх

ности цилиндрической линзы, рас

стояния l2 от поверхности цилиндри

ческой линзы до приёмного торца ООВ и радиуса линзы r ц. Получены формы светового пятна в плоскости ООВ и функции изменения интен

сивности на выходе модулирующего элемента при различных значениях длин l1 и l2, радиуса линзы rц и рассто

яния D между оптическими осями ООВ, которые изменялись с некото

рым шагом. Установлено, что при использовании оптических волокон с диаметром серд

цевины dc = 0,2 мм и апертурным уг

лом ОВ ΘNA = 12 град. передача мак

симально возможной мощности из

лучения светового потока в зону преобразования оптического сигнала достигается при rц = 1,5 мм, l1 = 0,5 мм и l2 = 1,5 мм (см. рис. 2). При других значениях наблюдаются критические потери светового потока либо нерав

номерность распределения световой мощности. Датчик ускорений содержит ВОПМП, состоящий из цилиндрической лин

зы 8, закреплённой на упругом элемен

те 7, подводящего оптического волок

на 2 и двух отводящих оптических во

локон 3 (см. рис. 3). Корпус датчика состоит из основания 4 и крышки 9, соединённых с помощью сварки. Во

локна 6 уложены в специальную выем

ку. Чтобы ОВ не сломались, в месте максимального изгиба они помещены во фторопластовые трубки. Полость для укладки волокон 6 заливается гер

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

©СТА-ПРЕСС

В статье описан новый датчик ускорения, основным элементом которого является волоконно оптический преобразователь микроперемещений с цилиндрической линзой, выполняющей одновременно функции модулирующего, инерционного и управляющего элемента.

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ

0,8

Z, мм

0,6

0,4

0,48

∅50

2 0

0,36

5 6 7 8

3 4

–0,8 –1 –0,8

–0,4

0,4

1 – Проекция внешнего конуса 2 – Проекция внутреннего конуса

0,24

0,8 1 X, мм

0,12

20 Z, мкм

Рис. 2. Результаты математического моделирования оптической системы в среде MatLab rц = 1,5 мм; l1 =0,5 мм; l2 = 1,1 мм метиком, обеспечивающим их непо движность. Для юстировки линзы по оси Z от носительно оптических волокон ис пользуются кольцевые прокладки тол щиной 0,01…0,1 мм (на рисунке не по казаны). В частности, для диапазона рабочих частот 5…128 Гц выбран упругий элемент в виде пластины из стали марки 36НХТЮ шириной 3 мм, толщиной 0,2 мм и рабочей длиной 16,5 мм. Возможно изменение частот ного диапазона по требованию заказ чика. Датчик ускорений работает следу ющим образом. Световой поток Ф0 от источника излучения подводится по оптическому волокну в зону измере ния. Под действием ускорения проис ходит перемещение цилиндрической линзы, закреплённой на упругом эле менте, в корпусе датчика в направле нии оси Z. Перемещение линзы вызы вает изменение интенсивности све тового потока. Световые потоки Ф1(z) и Ф2(z), прошедшие через линзу, по отводящим волокнам первого и вто рого измерительных каналов посту пают на приёмники излучения ПИ1 и ПИ2 соответственно. Приёмники из лучения ПИ1 и ПИ2, в свою очередь, преобразуют оптические сигналы Ф’1(z) и Ф’2(z) в электрические I1(z) и I2(z). При обработке сигнала с дифферен циального оптического датчика целе сообразно сформировать отношение разности сигналов на выходе каналов к их сумме . В этом случае сни жается влияние на точность измере ния неинформативных изгибов воло конно оптического кабеля, изменения мощности излучения источника и чувствительности приёмника, которые СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

вызывают пропорциональные из менения сигналов в каналах, не при водящие к изменению отношения сиг налов. В соответствии с предложенной методикой линеаризации максималь ная чувствительность и линейность преобразования достигаются при перемещении линзы в диапазоне (0,015…0,09)dс, который устанавли вается юстировкой элементов опти ческой системы в процессе сборки ВОПМП. Исследования и анализ технических возможностей экспериментального образца дифференциального ВОДУ показали, что чувствительность пре образования повысилась почти в два раза по сравнению с аналогами ( =

Рис. 3. ВОДУ с модулирующим элементом в виде цилиндрической линзы 1 – втулка; 2 – ПОВ; 3 – ООВ; 4 – основание; 5 – установочные винты; 6 – оптические волокна; 7 – упругий элемент; 8 – цилиндрическая линза = 1,1 мВ/мкм, у аналогов 0,6…0,7), адди тивная составляющая погрешности снизилась до 0,08% (у аналогов 0,1%), а погрешность линейности – до 0,07% (у аналогов 0,09%).

ЛИТЕРАТУРА 1. Щевелёв А.С., Юрова О.В., Бростилов С.А., Мурашкина Т.И., Архипов А.В. Технологи ческие основы проектирования волокон но оптического датчика ускорения. Про мышленные АСУ и контроллеры. 2011. № 6. С. 39–43. 2. Мурашкина Т.И., Щевелёв А.С., Логинов А.Ю. Моделирование физических процессов в волоконно оптическом преобразователе перемещений с цилиндрической линзой. В сб. Надёжность и качество. ПГУ. Т. 1. 2010. С. 116–117.

WWW.SOEL.RU

©СТА-ПРЕСС

–0,4

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ

Система обогрева на базе терморегулятора МЕТАКОН'562 и микроконтроллеров фирмы ATMEL Сергей Шишкин (г. Саров, Нижегородская обл.)

Вопрос экономии энергоресурсов всегда является актуальным. В статье представлена система обогрева, ко торая позволяет экономить электро энергию, затрачиваемую на обогрев помещений. В складских и произ водственных помещениях экономию энергоресурсов можно получить за счёт понижения температуры обо греваемых помещений в вечернее и ночное время, в отсутствие рабочего персонала. Кроме того, любая органи зация работ в производственных по мещениях подразумевает обеденные и технологические перерывы. Таким образом, сэкономить электроэнергию можно, понижая температуру в опре делённые, заранее заданные интерва лы времени. Сформулируем основные требо вания к системе обогрева (далее – сис тема): ● система должна автоматически под держивать в 9 интервалах времени 6 заранее заданных значений темпе А1 Термопара №1

ТС1

Терморегулятор МЕТАКОН-562

ратуры (в каждом заданном вре менно'м интервале – своя темпера тура); ● временно'й диапазон одного интер вала программируется от 1 мину ты до 24 часов с дискретностью 1 ми нута; ● в качестве источника тепла приме няется тепловая пушка. Функциональная схема системы по казана на рисунке 1. Основные узлы: измеритель–регулятор А1 (далее – тер морегулятор); плата первого контрол лера А2; плата второго контроллера А3; симисторный модуль А4; тепловая пушка А5 (состоит из электронагрева теля АН1 и вентилятора АН2). Временна'я диаграмма, поясняющая алгоритм работы системы, представ лена на рисунке 2. Система автома тически поддерживает температуру в девяти интервалах времени. Время окончания одного интервала является началом следующего. Рабочий цикл системы составляет 24 часа. А2 Плата контроллера №1

t° Термопара №2

Плата контроллера №2

t° • • • Термопара №6

А5

А3

ТС2

Тепловая пушка Электронагреватель АH1

А4 ТС6

Модуль симисторный

t°

Вентилятор

АH2

Рис. 1. Функциональная схема системы обогрева U1 Вкл. Выкл.

Канал №1

Канал №2

Канал №3 Канал №4 Канал №5 Канал №6 Канал №2 Канал №5 Канал №4

0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 Интервал №1 Интервал №2 Интервал №3 Интервал №4 Интервал №5 Интервал №6 Интервал №7 Интервал №8 Интервал №9

Рис. 2. Временна'я диаграмма, поясняющая алгоритм работы системы

WWW.SOEL.RU

Функцию поддержания заданных температур в системе выполняет тер морегулятор МЕТАКОН 562 Р ТП 0 фирмы «КонтрАвт». В данном терморе гуляторе имеется шесть независимых каналов измерения и поддержания заданной температуры № 1…6. Фото графия лицевой панели терморегуля тора МЕТАКОН 562 приведена на ри сунке 3. Ниже перечислены его основные функции: ● измерение сигнала первичных дат чиков, преобразование его в едини цы технологического параметра в соответствии с характеристикой дат чика и индикация измеренного зна чения на дисплее; масштабирование входного сигнала (раздельное по каждому каналу) и отображение результата измерения в единицах физических величин (только для унифицированных вход ных сигналов); ● индикация результата измерения по выбранному каналу на 4 разрядном индикаторе; ● возможность автоматической инди кации поканальных измерений с фиксированным периодом; ● двух и трёхпозиционное регули рование и сигнализация; произ вольный выбор функции в каждом канале; ● сигнализация аварийных ситуаций при работе прибора, в том числе ди агностика обрывов линий подклю чения первичных датчиков; ● светодиодная индикация состоя ния дискретных сигналов управ ления; ● задание параметров работы кнопка ми на лицевой панели с контролем по цифровому дисплею; ● сохранение параметров прибора в энергонезависимой памяти при от ключении напряжения питания; ● защита параметров прибора от не санкционированного воздействия с помощью пароля. Основные технические характерис тики терморегулятора МЕТАКОН 562 Р ТП 0 приведены в таблице 1. Прибор ●

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

©СТА-ПРЕСС

В статье описана система обогрева для производственных помещений, в которой использован 6 канальный терморегулятор МЕТАКОН 562 российского производства. Приведены схемы аппаратуры и комментарии к алгоритму работы плат контроллеров.

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

фактически определяют девять режи мов работы платы контроллера № 1 – «интервал 1», «интервал 2» и т.д. Кнопки клавиатуры имеют следую щее назначение: ● S1 (Р) – выбор режима работы в замкнутом цикле («интервал 1», «интервал 2», «интервал 3» … «интер вал 9»). После подачи питания тай мер № 1 сразу переходит в режим «интервал 1»; каждое нажатие дан ной кнопки переводит его в следу ющий режим; режимы работы пе реключаются в порядке возраста ния; после «интервал 9» следует «интервал 1»; ● S2 ( ) – увеличение на единицу значения выбранного разряда при установке текущего времени и ин тервалов, а также принудительное выключение звукового и светового сигналов в начале каждого интер вала; ● S3 ( ) – выбор разряда при установ ке значений во всех вышеуказанных режимах. У выбранного разряда устанавливается курсор, при каждом нажатии на кнопку курсор сдвигает ся влево на один разряд;

Рис. 3. Фотография лицевой панели терморегулятора МЕТАКОН 562 S4 ( ) – выбор разряда при установ ке значений. У выбранного разряда устанавливается курсор, при каждом нажатии на кнопку курсор сдвигает ся вправо на один разряд. На рисунке 5 приведена фотография ЖК индикатора в режиме «интервал 1». В каждой строке ЖК индикатора отоб ражаются 16 символов. В таблице 2 подробно представлены разряды дис плея индикатора НG1. После подачи питания плата кон троллера № 1 переходит в режим «ин тервал 1» (в первом разряде второй ●

Таблица 1. Основные технические характеристики терморегулятора МЕТАКОН 562 Р ТП 0 Технические характеристики

Значение Общие характеристики

Количество каналов контроля и регулирования

6 96 × 96 × 160

Габариты, не более, мм Масса, кг

0,8

Количество выходных устройств

6 Питание

Напряжение питания прибора, В

220 (+10%, –15%)

Потребляемая мощность, не более, ВА

Частота, Гц

50±0,5 Входы

Период опроса входных сигналов, не более, с

Тип входного сигнала (в зависимости от модификации)

Термопары типа ХА, ХК, ПП, ПР, НН, ЖК, ВР(А31), ВР(А32), ВР(А33); 0…50 мВ; градуировки ПМТ32, Р33

Предел основной погрешности измерения сигналов, приведённой к диапазону измерения, %

0,1

Выходные устройства Реле электромагнитные Допустимые значения коммутируемого напряжения, В – постоянное напряжение – переменное напряжение Допустимые значения коммутируемого тока, А – при работе с активной нагрузкой – при работе с индуктивной нагрузкой Максимальная коммутируемая мощность – на переменном токе – на постоянном токе Гальваническая изоляция

110 250 5 2 1200 ВА 150 Вт Индивидуальная гальваническая изоляция каждого выхода

Условия эксплуатации Закрытые взрывобезопасные помещения без агрессивных паров и газов Температура окружающего воздуха, °С Верхний предел относительной влажности при более низких температурах, без конденсации влаги, %, при 35°С Атмосферное давление, кПа

0…50 80 86...106

WWW.SOEL.RU

©СТА-ПРЕСС

зарегистрирован в Государственном Реестре средств измерений. Терморегу лятор имеет множество настроек, но его программирование не вызывает сложностей. Более подробную инфор мацию о приборе можно найти на ин тернет странице фирмы производи теля [4]. Принципиальная схема платы кон троллера № 1, на которую поступа ют выходные сигналы терморегуля тора, приведена на рисунке 4. Плата контроллера № 1 разработана на ба зе микроконтроллера фирмы ATMEL AT89С51 24PС и 2 строчного знако синтезирующего ЖК индикатора DV 16232 FBLY H/R фирмы Data Vi sion. ЖК индикаторы как функцио нальные узлы отображения инфор мации весьма информативны и поз воляют оператору контролировать несколько десятков параметров од новременно. Плата контроллера № 1 выполняет следующие функции: отсчёт реально го времени, индикацию текущего вре мени в 24 часовом формате (часы ми нуты секунды); установку и коррек цию текущего времени; установку девяти интервалов времени, в кото рых выходные каналы № 1…7 (выводы 1…7 микроконтроллера DD1) управ ляются по заданному алгоритму. Окончание любого интервала являет ся началом следующего. Границы ин тервалов программируются. Проще говоря, на плате контроллера № 1 можно запрограммировать 9 будиль ников, в момент срабатывания кото рых включаются (или выключаются) выходные каналы. Время включения каждого будильника (часы минуты) может быть установлено в 24 часовом формате. На дисплее ЖК индикатора HG1 можно одновременно наблюдать те кущее время и границы одного из де вяти интервалов (время включения и выключения будильника), а также состояние нагрузок (вкл/выкл) в дан ном интервале. Если текущее время совпало с началом какого либо ин тервала, в порт Р1 микроконтроллера DD1 загружается байт управления нагрузками для данного интервала времени. Следует отметить, что выходных ка налов платы – 7, а терморегулятора – 6, то есть канал № 7 платы не задейство ван. В любом из девяти интервалов времени программно включается толь ко один канал, поэтому интервалы

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ

R1 3 к +5 В

А1 Измеритель-регулятор МЕТАКОН-562 Х1 Цепь TC1

TC2

TC3

TC4

TC5

TC6

t°

S2 ПКН125

VD2 КД522Д

S3 ПКН125

VD3 КД522Д

S4 ПКН125

VD4 КД522Д

Цепь H1–1

2 T1–

H1–2

3 T2+

H2–1

4 T2–

H2–2

5 T3+

H3–1

6 T3–

H3–2

7 T4+

H4–1

8 T4–

H4–2

9 T5+

H5–1

10 T5–

H5–2

11 T6+

H6–1

12 T6–

H6–2

L1–1

L1–2

VD1 КД522Д

Х2

1 T1+

S1 ПКН125

~220 В 15 ~220 В 16

INTO

2 1 2 3 3 4 5 6 4

5 +5 В 6 S1

Плата контроллера №1 1 DD2 КР1554ИР23 2

3 1 2 4 34

2 5 6 9 12 15 16 19

Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7

3 RG D0 4 D1 7 D2 8 D3 13 D4 D5 14 17 D6 18 D7 11 C 1 OE

BQ1 PK100KA– DD1 12БН–10000К АТ89С51–24РС 19 CPU P00 18 Х1 Х2 P01 P02 1 P10 P03 2 P11 P04 3 P12 P05 4 P13 P06 5 P14 P07 6 P15 7 P16 P20 8 P17 P21 14 T0 P22 15 HL1 T1 P23 17 КИПД 02Б–1К RD P24 16 R2 WR P25 12 3,6 к INTO P26 13 INT0 INT1 P27 10 RXD 11 EF TXD 9 ALE RST PSEN R3 15 к

2 Udd 3 Uee

R4 15 к

1 Ucc

1 39 38 37 36 35 34 33 32 21 22 23 24 25 26 27 28 31 30 26

4 RS 5 R/W 6 E 7 D0 8 D1 9 D2 10 D3 11 D4 12 D5 13 14 D6 D7

2 3 4 5 6 3 4 7 5 1 6 2 1

+5 В +5 В

2 3

SB1 ESP1010

К выв. 40 DD1, 20 DD2 +5 В

Корпус 17

15 LEDA 16 LEDK X1 WF-2

C1 10 мк 25 В +5 В

~220 В

HG1 DV16232 FBLY–H/R

+5 В

3 4 5 6 7

C2 10 мк 25 В

Цепь Выход 1 GND 2 X2 WF-2 Цепь +5 В GND

1 2

К выв. 20 DD1, 10 DD2

строки дисплея индицируется «1»). Только в данном режиме устанавлива ется или корректируется текущее вре мя. Для этого необходимо кнопками S3 или S4 подвести курсор к изменяемым разрядам текущего времени и кнопкой S2 изменить значение разряда. Для установки начального и конечного значений интервалов необходимо проделать те же операции. Текущее время и флаг RAZ отображаются во всех режимах. Для программирования выходных каналов необходимо подвести кур сор к нужному разряду и кнопкой S2 изменить его значение, как описано выше. Каждое нажатие кнопки S2 в данном случае инвертирует преды дущее состояние разряда («0» на «1» и наоборот). При инициализации по сле подачи питания во все разряды 10…16 первой строки заносится «0» (каналы отключены). Для разреше

ния управления каналами необходи мо флаг RAZ установить в «1». Для оперативного отключения всех кана лов данный разряд следует устано вить в «0». При установке текущего времени в режиме «интервал 1» запрещается его отсчёт. Во всех остальных режимах отсчёт текущего времени не запреща ется. Изменить флаг RAZ можно только в режиме «интервал 1». Границы ин тервалов можно перепрограммиро вать. Рассмотрим основные узлы прин ципиальной схемы (см. рис. 4). Питаю щее напряжение поступает с соедини теля Х2. Потребление тока по каналу напряжения +5 В не превышает 250 мА (при отключённой подсветке индика тора HG1). Основой устройства слу жит микроконтроллер DD1, рабочая частота которого задаётся генерато ром с внешним резонатором ZQ1 на WWW.SOEL.RU

10 МГц. Сигнал с выхода 13 микро контроллера с периодом 1 с включает индикатор HL1. С порта Р0 микрокон троллер DD1 управляет ЖК индикато ром HG1 и – через регистр DD2 – кла виатурой (кнопки S1…S4). Для функ ционирования клавиатуры также задействован вывод 12 микроконтрол лера DD1. ЖК индикатор работает в режиме 4 разрядной шины данных, для этого задействована старшая тетрада бай та, пересылаемого микроконтролле ром в порт Р0. С вывода 22 микрокон троллера DD1 поступает сигнал, ин формирующий индикатор о типе передаваемых данных (RS=1 – дан ные, RS=0 – сигнал). С вывода 23 мик роконтроллера DD1 поступает строб сигнал, по перепаду которого из лог. 1 в лог. 0 осуществляется запись данных в индикатор. Данные из индикатора не считываются, поэтому вывод 5 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

©СТА-ПРЕСС

Рис. 4. Принципиальная схема платы контроллера № 1 с терморегулятором

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

рактеристик тепловой пушки (мощ ности, производительности, габарит ных размеров и т. д.). Плата контрол лера № 2 реализует вышеуказанную функцию, т.е. осуществляет задержку выключения вентилятора. Данный ин тервал времени программируется. Плата контроллера № 2 реализует следующие функции: ● задание временноNго интервала на выключение вентилятора с по мощью кнопок с контролем по циф

Рис. 5. Фотография ЖК индикатора таймера № 1 в режиме «интервал 1» ровому дисплею (временнаNя задерж ка задаётся от 1 до 999 секунд с дис кретностью 1 секунда);

Таблица 2. Разряды дисплея индикатора НG1 Разряд

Отображает Первая строка*

«десятки часов» текущего времени

«единицы часов» текущего времени

символ «:» с периодом включения 1 с во всех режимах (во время корректировки или установки текущего времени включён постоянно)

«десятки минут» текущего времени

«единицы минут» текущего времени

«десятки секунд» текущего времени

«единицы секунд» текущего времени

пробел (space) состояние выходных каналов 1…7 в текущем выбранном режиме: если отображается «1», то соответствующий канал включён (или будет включён, когда текущее время будет в границах отображаемого интервала); если отображается «0», то соответствующий канал выключен Вторая строка* текущий режим работы устройства: «1», если устройство работает в режиме «интервал 1»; «2» – «интервал 2»; «3» – «интервал 3» и т.д. пробел (space)

3…7

в часах и минутах (через символ «:») начало интервала в отображаемом режиме работы устройства

пробел (space)

9…13

в часах и минутах (через символ «:») конец интервала в текущем режиме работы устройства

пробел (space)

флаг RAZ, разрешающий включение нагрузок во всех запрограммированных интервалах

курсор

10…16

* Слева направо по рисунку 5

Таблица 3. Адресное пространство буфера Адрес

Где хранится

№ группы

30Н…35H

текущее время в минутах и секундах (эти адреса выводятся на индикатор во всех режимах)

36Н…39H

в часах и минутах начало первого интервала (эти адреса выводятся на индикатор в режимах «интервал 1» и «интервал 9»)

3АН…3DН

в часах и минутах начало второго интервала (эти адреса выводятся на индикатор в режимах «интервал 1» и «интервал 2»)

3ЕН…41Н

в часах и минутах начало третьего интервала (эти адреса выводятся на индикатор в режиме «интервал 2» и «интервал 3»)

42Н…45Н

в часах и минутах начало четвёртого интервала (эти адреса выводятся на индикатор в режиме «интервал 3» и «интервал 4»)

46Н…49Н

в часах и в минутах начало пятого интервала (эти адреса выводятся на индикатор в режимах «интервал 4 » и «интервал 5»)

4АН…4DН

в часах и минутах начало шестого интервала (эти адреса выводятся на индикатор в режимах «интервал 5» и «интервал 6»)

4ЕН…51Н

в часах и минутах начало седьмого интервала (эти адреса выводятся на индикатор в режимах «интервал 6» и «интервал 7»)

52Н…55Н

в часах и минутах начало восьмого интервала (эти адреса выводятся на индикатор в режимах «интервал 7» и «интервал 8»)

56Н…59Н

в часах и минутах начало девятого интервала (эти адреса выводятся на индикатор в режимах «интервал 8» и «интервал 9»)

5АН…5DН

в часах и минутах текущее значение начала интервала, который отображается в 3…7 разрядах второй строки индикатора

5ЕН…61Н

в часах и минутах текущее значение конца интервала, который отображается в 9…13 разрядах второй строки индикатора

WWW.SOEL.RU

©СТА-ПРЕСС

(R/W) подключён к общему проводу. С переменного резистора R4 на вывод 3 индикатора поступает напряжение, уровень которого регулирует кон траст формируемого изображения. В примененном 2 строчном индикато ре курсор автоматически сдвигается с первой на вторую строку по дости жении сорокового знакоместа. Если дисплей содержит в строке 16 симво лов, то для перехода на вторую строку необходимо снова устанавливать ад рес ячейки видеопамяти индикатора (DD RAM). В памяти данных микроконтролле ра DD1 с адреса 30Н по 35Н, а также с 5АН по 61Н, организован буфер отоб ражения для вывода информации на дисплей индикатора. По своему функциональному назначению, в зависимости от режима работы уст ройства, адресное пространство бу фера разделено на двенадцать групп (см. табл. 3). После подачи питания на выводе 1 микроконтроллера DD1 через цепь R3 C1 формируется сигнал системного аппаратного сброса микроконтролле ра DD1. Затем идёт инициализация программы, в которой настраивается индикатор HG1. При этом происходит очистка его буфера и разрешается отображение курсора. В порт Р1 запи сываются сигналы уровня лог. 1 (на грузки выключены). На плате контроллера № 1 установ лены резисторы С2 33Н 0,125 Вт; по дойдут любые другие с такой же мощ ностью и допуском 5%. Резистор R5 ти па СП5 2ВА. Конденсаторы С1, С2 – К50 35. У микроконтроллера DD1 и ре гистра DD2 между цепью +5 В и общим проводом полезно установить блоки ровочный конденсатор типа К10 17а Н90 0,1мкФ. Индикатор HL1 типа КИПД 02Б 1К красного цвета. Конструктивно тепловые пушки (тепловентиляторы) состоят из элек тронагревателя (нагревательного эле мента) и вентилятора. При выключе нии мощных тепловых пушек, во из бежание нагрева корпуса и выхода из строя находящихся на нём элементов управления, необходимо сначала вы ключить электронагреватель, а потом, с некоторой задержкой, вентилятор. Обдув электронагревателя произво дится до тех пор, пока температура на выходе тепловой пушки не достигнет температуры окружающей среды. Тре буемая задержка при выключении вен тилятора зависит от технических ха

WWW.SOEL.RU

Цепь Нагр. Вент. Общ. Общ.

«Вент.»

HL2 3Л341Л

R2 3к

«Нагрев.»

HL1 3Л341Г

R1 3к

R3 820

P3.5

R3 820

+5 В

P3.4

+5 В

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

©СТА-ПРЕСС

R10 100

VT4 30T110Б

R8 1к 1

R6 51 к

VT2 30T110Б

VT3 2T825A2

R5 51 к

R7 1к

R9 100

VT1 2T825A2

Рис. 6. Принципиальная схема платы контроллера № 2

1 2 3 4

X1 WF–4

Общ. 24 В

+24 В

C2 40 В х 1000 мк

P3.3

Общ. 24 В

+24 В

C1 40 В х 1000 мк

С4 43

С3 43

S3 ПКН125

S2 ПКН125

S1 ПКН125 R11 3 к

R11 3 к

P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 Вкл.

2 3 6 7 8 9 11

5 4

ZQ1 PK100KA– 12БН–10000К

+5 В

VD3 КД522Д

VD2 КД522Д

Х1 CPU AIN1 12 Х2 AIN2 13 14 PB2 15 RXD PB3 16 TXD PB4 17 INT0 PB5 INT1 18 PB6 T0 PB7 19 T1 1 PD6 RST

DD1 AT90S2313–10PI

«C»

VD1 КД522Д

R12 10 к

1 2 3 4 5 6 7 8

+5 В

R21 3к

К выв. 10 DD1

R22 1к

С6 0,1

c h

+U 1 6 +U

HG1 HDSP–F501 1 10 A 2 9 B 3 8 C 4 5 D 5 4 E f 6 2 F 7 3 G e 8 7 H

К выв. 20 DD1

1 2 3 4 5 6 7 8

R13...R20 200

С5 0,15мк

1 2 3 4 5 6 7 8

+5 В

С7 0,1

c h

С8 10 мк 25 В

+U 1 6 +U

+24 В

Вкл.

c h

1 2 3 4 Цепь Вкл. 1 Общ. 5 В 2

X3 HU–2

Цепь +5 В Общ. 5 В +24 В Общ. +24 В

X2 WF-4

R26 1к

+U 1 6 +U

HG3 HDSP–F501

R25 3к

VT 3

+5 В

VT1...VT3 KT3107A

1 10 A 2 9 B 3 8 C 4 5 D 5 4 E f 6 2 F 7 3 G e 8 7 H

P3.2

Общ. +24 В

VT 2

+5 В R24 1к

HG2 HDSP–F501

R23 3к

1 10 A 2 9 B 3 8 C 4 5 D 5 4 E f 6 2 F 7 3 G e 8 7 H

VT 1

9 +5 В

P3.1

P3.0

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ

управление (включение/выключе ние) с клавиатуры устройства или дистанционное; ● светодиодную индикацию выход ных каналов; ● обратный отсчёт заданного интер вала времени при выключении теп ловой пушки. Принципиальная схема платы кон троллера № 2 для управления тепло выми пушками на базе микроконтрол лера AT902313 10PI показана на рисун ке 6. Канал управления нагревателем с вывода 8 микроконтроллера DD1 (ка нал управления № 1) собран на тран зисторе VT1 и транзисторной оптопа ре VT2. Канал управления вентилято ром с вывода 9 микроконтроллера DD1 (канал управления № 2) собран на транзисторе VT3 и транзисторной оп топаре VT4. Включение и выключение осуществляется кнопкой S3 (С). Вклю чение каналов визуально контролиру ется индикаторами VD1, VD2. Дистан ционное управление осуществляется с помощью сигнала «ВКЛ» (контакт 1, соединитель Х3). В интерфейс управления платы контроллера № 2 входят клавиату

ра (кнопки S1…S3) и блок индика ции (дисплей) из трёх 7 сегментных индикаторов HG1…HG3. Кнопки кла виатуры имеют следующее назна чение: ● S1 (Δ) – увеличение на единицу зна чения при установке времени в се кундах. При удержании данной кнопки в нажатом состоянии более 3 секунд, значение времени, индици руемое на дисплее, увеличивается на 5 единиц за 1 секунду; ● S2 (∇) – уменьшение на единицу зна чения при установке времени в се кундах. Соответственно, при удер жании данной кнопки в нажатом состоянии более 3 секунд, значение времени, индицируемое на дисплее, уменьшается на 5 единиц за 1 се кунду; ● S3 (C) – кнопка включения/выклю чения реле времени (алгоритм рабо ты в рабочем цикле приведён ниже). Разряды индикации интерфейса имеют следующее назначение: ●

●

1 разряд (индикатор НG3) отобра жает «единицы секунд»; 2 разряд (индикатор НG2) отобра жает «десятки секунд»;

3 разряд (индикатор НG1) отобра жает «сотни секунд». После подачи питания на выводе 1 микроконтроллера DD1 через цепь R12С5 формируется сигнал аппарат ного сброса микроконтроллера DD1. Инициализируются регистры, счётчи ки, стек, таймер Т/С1, сторожевой тай мер, порты ввода/вывода; на дисплее отображается число 001. Алгоритм работы платы контролле ра № 2 в рабочем цикле следующий. После инициализации, на выводах 8 и 9 микроконтроллера устанавлива ются лог. 1 (каналы № 1 и № 2 отклю чены). Далее кнопками S1, S2 необхо димо задать временнуBю задержку на выключение ΔТ канала № 2; значение отображается на дисплее. При вклю чении кнопкой S3 (или внешним сиг налом «ВКЛ») сразу включаются ка налы управления № 1 и № 2 (устанав ливается лог. 0 на выводах 8 и 9 микроконтроллера DD1), поэтому электронагреватель и вентилятор в тепловой пушке включаются одно временно. При выключении кнопкой S3 (или внешним сигналом «ВКЛ») сразу выключается канал управления ●

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

WWW.SOEL.RU

©СТА-ПРЕСС

●

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ

коммутацию нагрузки; гальваническое разделение цепи управления и силовой цепи; ● привязку момента коммутации к пе реходу напряжения нагрузки через ноль; ● индикацию сигнала управления; ● защиту силового элемента от крат ковременных перегрузок по напря жению. При использовании блока БС 440 63/40 Н обеспечивается дополнитель ное снижение коммутационных помех за счёт включения силового элемента в момент перехода сетевого напряжения через ноль («нуль контроль»). Подроб ную информацию о силовых блоках можно найти на интернет странице фирмы [4]. Тепловая пушка типа LEISTER LHS PREMIUM 60L оснащена однофазным в е н т и л я т о р о м L E I S T E R R O B U S T. Электрообогреватели и вентиля торы LEISTER отличаются низким уровнем шума и рассчитаны на дли тельный режим эксплуатации. Под робную информацию на данные электронагреватели и вентиляторы можно найти на интернет странице фирмы [3]. Сетевое напряжение 380 В поступает на блок управления через соединитель Х1. Если необхо димо подключить более мощный, трёхфазный вентилятор, то следу ет задействовать три симисторных блока. Коммутация устройств системы осуществляется следующим образом: соединитель Х1 платы контроллера № 1 (см. рис. 4) подключается к со единителю Х3 платы контроллера № 2 (см. рис. 6); соединитель Х1 пла ты контроллера № 2 (см. рис. 6) под ключается к соединителю Х1 симис торного модуля (см. рис. 7). При ра боте с системой необходимо соблю дать требования по электробезопас ности. В д о п о л н и т е л ь н ы х м ат е р и а л а х к данной статье, размещённых ря дом с соответствующим материа лом на сайте журнала, приведены тексты программ для микроконтрол леров. ●

Блок симисторный

Цепь Нгр. Вент. Общ. Общ.

Блок симисторный XT2

XT1 1 3

1 2

Цепь К1 K2

Цепь +U Вкл.

1 2

Цепь К1 K2

Цепь +U Вкл.

X2 2PTT36Б5Ш18–В 1 2 3 4 5

Цепь A1 B1 C1 N1

1 2

2 4

5 11

1 2

Цепь К1 K2

Цепь +U Вкл.

1 2

Цепь К1 K2

Цепь +U Вкл.

AB2

1 2

6 12

11 12 13 8

1 2 3

14 8

1 2 3

AB4

1 2

Нагреватель

АН1

Вентилятор

АН2

7 13

5 14

Цепь L1 L2 L3 N1

QF1 5 6 7 8

1 2

Блок симисторный XT2

XT1

AB1

Блок симисторный XT2

XT1 1 3

1 3

AB3

XT2

XT1

1 2 3 4

Цепь L1 N

Рис. 7. Принципиальная схема симисторного модуля с тепловой пушкой № 1 (устанавливается лог.1 на выводе 8 микроконтроллера DD1). Заданное время задержки ΔТ декрементиру ется с каждой секундой. Как только оно станет равным нулю, выключает ся канал управления № 2 (устанавли вается лог. 1 на выводе 9 микрокон троллера DD1). На дисплее снова отображается заданное значение ΔТ. Цикл завершён. С порта В микроконтроллер DD1 у п р а в л я е т к л а в и ат у р о й ( к н о п к и S1…S3) и динамической индикацией, которая реализована на транзис торах VT1…VT3 и цифровых 7 сег ментных индикаторах HG1…HG3. Коды для включения индикаторов HG1…HG3 при функционировании динамической индикации поступают на вход В микроконтроллера DD1. Для функционирования клавиату ры задействован вывод 7 микрокон троллера DD1. Рабочая частота мик роконтроллера DD1 задаётся генера тором с внешним резонатором ZQ1 на 10 МГц. При инициализации микрокон троллера DD1 все выводы порта B сконфигурированы как выходы. Вы воды PD3, PD6 порта D сконфигу рированы как входы, остальные – как выходы. Целесообразно, чтобы цепи питания цифровой части пла ты контроллера № 2 и управления каналами тепловентилятора (+5 В и +24 В) были гальванически развя заны.

Для перевода устройства в рабочий режим необходимо кнопками S1 (Δ), S2 (∇) установить интервал времени ΔТ. Для включения каналов № 1 и № 2, как указывалось выше, необходимо нажать на кнопку S3 (С) или устано вить сигнал «ВКЛ» в лог. 0. Установ ленное время при этом заносится в ОЗУ микроконтроллера DD1. Раз работанная программа на ассембле ре занимает порядка 0,72 кбайт па мяти программ микроконтроллера. Потребление тока по каналу +5 В не превышает 100 мА, по каналу +24 В – 300 мА. На рисунке 7 приведена принципи альная схема симисторного модуля с тепловой пушкой. В схеме (см. рис. 7) использованы конденсаторы С3…С7 типа К10 17а, С1, С2, С8 – типа К50 35, резисторы типа С2 33Н 0,125 Вт. Ин дикаторы HG1…HG3 зелёного цвета ти па HDSP F501. Индикаторы HL1, HL2 – единичные индикаторы типа 3Л341Г. Симисторный модуль включает в себя блоки АВ1…АВ4. Тепловая пушка со стоит из электронагревателя АН1 и вентилятора АН2. Симисторные бло ки АВ1…АВ3 подключают к сетево му напряжению электронагреватель АН1, симисторный блок АВ4 подклю чает к сетевому напряжению вентиля тор АН2. В системе использованы симистор ные блоки типа БС 440 63/40 Н фир мы «КонтрАвт». Данный блок обеспе чивает: WWW.SOEL.RU

ЛИТЕРАТУРА 1. Бродин В.Б., Шагурин И.И. Микроконтрол леры: Архитектура, программирование, интерфейс. ЭКОМ, 1999. 2. http://www.tme.pl. 3. http://www.leister.com. 4. http://www.сontravt.ru. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

©СТА-ПРЕСС

Модуль симисторный

X1 HU–4 1 2 3 4

●

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ

Новости мира News of the World Новости мира «Сименс» открыл лабораторию НИЦ в «Сколково» В Москве открылась первая лаборато рия «Сименс Научно Исследовательский Центр». Планируется, что новый центр бу дет осуществлять НИОКР по нескольким направлениям: энергоэффективность, био медицина, информационные разработки и неэнергетическое применение ядерных технологий. Современная лаборатория оборудована для сбора и испытания аналоговой и циф ровой электроники. В частности, здесь под готовлена площадка для испытания компо нентов мощных ВЧ генераторов, которые могут применяться в качестве источника ВЧ мощности для циклотронов, а также для научных линейных ускорителей. «Сименс НИЦ» получил статус резиден та фонда «Сколково» в 2011 г. Проект стал первым в кластере ядерных технологий «Сколково» и после рассмотрения научной комиссией получил одобрение грантового комитета. В рамках поддержки перспектив ных инноваций были выделены средства на проведение исследований с целью соз

дания на базе центра прототипа генерато ра. Общий бюджет проекта составляет 6,2 млн евро, из которых фондом «Сколко во» выделяется 3,1 млн евро. Одним из ключевых элементов сотруд ничества фонда «Сколково» и «Сименс» в настоящее время является реализация проекта по созданию твердотельного мик роволнового генератора. Уже достигнуты определённые успехи, однако для его даль нейшего развития потребовалось создание исследовательской лаборатории. Для про движения этого проекта в иннограде будет подготовлена хорошая материально техни ческая база, собрана команда высоко классных специалистов «Сименс». http://corp.cnews.ru

Электромобили смогут заряжаться за 20 минут Главным недостатком современных электромобилей являются их аккумулято ры: слабенькие, не особо ёмкие, да ещё и требующие нескольких часов на полную зарядку. Все эти факторы препятствуют электромобилям занять доминирующее

место среди транспортных средств. Впро чем, инженеры компаний BMW и General Motors объявили о новом революционном проекте, который кардинально изменит си туацию. Авторы нового проекта заверяют, что ис пользуемая в его основе технология позво ляет заряжать аккумуляторы на электро мобилях всего за 20 минут. На первом этапе аккумуляторы нового типа появятся на электромобилях BMW и GM, однако к проекту уже проявили инте рес Audi, Chrysler, Daimler, Porsche и Volks wagen. Стало известно, что впервые дан ными аккумуляторами будут укомплектова ны BMW i3 и Chevrolet Spark EV. Единственным некомфортным момен том является тот факт, что для зарядки ак кумулятора требуется разъём особого стандарта. Необходимо также отметить, что за 20 минут батарея заряжается только на 80%. Впрочем, в случае с моделью BMW i3 это означает запас хода в 130 км, впол не достаточно для тактических целей, ближнего передвижения по городу. www.mobiledevice.ru

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

WWW.SOEL.RU

©СТА-ПРЕСС

ОФИЦИАЛЬНЫЙ ДИСТРИБЬЮТОР ПРОДУКЦИИ CREE (MICROWAVE)

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ

Преодоление ограничений медных технологий интеграцией FPGA и оптических приёмопередатчиков Владимир Вычужанин (г. Одесса, Украина) В статье описывается, как с помощью встроенного в FPGA оптического интерфейса преодолеваются свойственные медным и традиционным оптическим технологиям ограничения на пропускную способность соединений в компьютерах, системах хранения и коммуникационной инфраструктуре при скорости передачи данных более 10 Гбит/c и расстояниях, превышающих 100 м.

Известной проблемой, возникающей при коммутациях электронных элемен тов на печатных платах, выполненных на основе меди, является потеря переда ваемых данных. Объясняется это тем, что медные технологии зависят от частоты передачи данных, которые масштабиру ются при скоростях менее 16 Гбит/с. Например, в широко используемых печатных платах на текстолите FR 4 с верхним медным слоем при передаче данных потери составляют 0,5…1,5 дБ/В на частоте Найквиста 5 ГГц (при ско рости передачи данных 10 Гбит/с). На частоте Найквиста 12,5 ГГц (при ско рости передачи данных 25 Гбит/с) по тери возрастают до 2,0…3,0 дБ/В. Воз вратные потери и перекрёстные поме хи также растут с увеличением частоты передаваемых данных. На рисунке 1 в качестве примера показаны потери и перекрёстные помехи, возникающие в канале PCI Express сервера в зависимос ти от частоты передачи данных. На частоте передачи данных 8 ГГц (16 Гбит/с) вносимые потери равны 0

60 дБ, т.е. находятся за пределами вырав нивания динамического диапазона – кодирования данных без возвраще ния к нулю, соответствующего 40 дБ. Для компенсации потерь требуется использование дополнительных уст ройств, таких как ретрансляторы. Их применение приводит к увеличению потребляемой мощности, сложности и стоимости исходных устройств. Кроме того, в системах, основанных на медных технологиях, необходимо компенсировать вносимые и возврат ные потери и перекрёстные помехи, возникающие в результате искажений передаваемых данных из за межсим вольных помех и неустойчивой син хронизации. Для их уменьшения и обеспечения необходимого коэффи циента ошибок (скорости битовых ошибок) менее 10–12 BER используют ся опережающие или непрерывные во времени линейные эквалайзеры, а так же эквалайзеры с адаптивной обрат ной связью, реализованные обычно на передатчике или приёмнике с медны

ми каналами. Увеличение скорости пе редачи данных при использовании та ких эквалайзеров приводит к росту вносимых и возвратных потерь и пе рекрёстных помех, для компенсации которых и обеспечения необходимой производительности требуются более мощные эквалайзеры, особенно с адап тивной обратной связью, что приводит к увеличению энергопотребления. Другая проблема, связанная с исполь зованием медных соединений, заклю чается в возникновении помех и потерь данных в транспортных линиях связи. При передаче данных на большие рас стояния предъявляются высокие требо вания к каналам, а при использовании медных электрических проводников помехи могут быть весьма значитель ными. Тем не менее, 10G соединения на основе медных технологий в настоя щее время используются (например, стандарт 10GBASE CX4). В соответствии со стандартом обеспечивается передача данных по четырём экранированным витым парам в каждом направлении (всего восемь витых пар). Такой кабель получается достаточно громоздким (около 10 мм в диаметре) и дорогим в производстве и может применяться только для передачи данных до 15 м. Общим недостатком для всех 10G со единений, базирующихся на медных проводниках, является высокий уровень потребления энергии. Например, в соот

Потери, дБ

Интерфейсы оптической передачи

–50 –100 –150

0 2 4 Потери, дБ

–10 –20

Ethernet IEEE 802.3

–30 –40

б) 0

0 2 4 6 Помехи, дБ

10 12 14 16 18 20

Синхронные SDH G.691, G.957, G.958

–50

в)

WDM G.692 DWDM G.694.1, G.696.1 CWDM G.964.2, G.965

Системы PON 2

10 12 14 16 18 20 f, ГГц

Рис. 1. Потери и перекрёстные помехи а – вносимые потери, б – возвратные потери, в – пе$ рекрёстные помехи для PCI Express Server Channel

Плезиохронные PHD G.955

Внутриофисные G.693

–100 –150

Многоканальные системы WDM

Одноканальные системы

10 12 14 16 18 20

WDM-OTN G.698.1, G.698.2, G.959.1

G.983 G.984 IEEE802.3ah

Рис. 2. Общая классификация оптических интерфейсов WWW.SOEL.RU

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

©СТА-ПРЕСС

–200

а)

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

SMF дороже, но имеет большую пропу скную способность 100 Гбит/с. В качест ве источника света в MMF используется обычный светоизлучающий диод или поверхностно излучающий лазер с вер тикальным резонатором. MMF обычно применяется для передачи данных на расстояния меньше 1 км, а SMF – для пе редачи данных на расстояния от 1 км до тысяч км. В отличие от медной элек трической связи энергопотребление и нестабильность оптической линии яв ляются относительно независимыми от расстояния. Кроме того, оптический сигнал устойчив к электрическим поме хам, отсутствуют амплитудные помехи. В случае использования мультиплекси рования с разделением по длине волны несколько каналов могут быть реализо ваны на одном оптоволоконном канале, что позволяет снизить стоимость. Для построения высокопроизводи тельных систем передачи данных реко мендуется применять многоканальные оптоволоконные соединения. Они обес печивают необходимую низкую плот ность оптических волокон, приемлемые размеры кабелей и решают проблему «затора каналов», характерную для од ноканальных соединений. Из существу ющих средств передачи данных по мно гоканальным оптоволоконным соеди нениям наиболее распространённым является активный оптический кабель. Разработчики многоканальных оптово локонных соединений стремятся полу чить высокую плотность каналов при низ ком уровне потерь и перекрёстных помех. Уровень перекрёстных помех, т.е. макси мальная сила влияния каналов друг на дру га, определяется характеристиками опти ческих волокон и расстояниями между ни ми. Очевидно, что чем больше расстояние между оптическими волокнами, тем мень ше плотность многоканального оптово локонного соединения. Уровень потерь за

Рис. 3. FPGA с оптическим интерфейсом висит от характеристик оптических воло кон и дальности передачи сигнала. Таким образом, при проектировании многока нального оптоволоконного соединения важно учитывать и оптимизировать все перечисленные выше параметры. В настоящее время появилась также тенденция применять оптоволокно вмес то медных проводников для передачи данных на расстояния менее 10 м, что позволяет преодолеть недостатки, при сущие медной электрической связи. Структурированные кабельные системы связи для 10 гигабитных приложений на расстояниях до 90 м в фиксированном сегменте и до 100 м в канале успешно реализуются в оптоволоконной среде, что подтверждено стандартами TIA/ EIA 568 C и ISO/IEC 11801. Существующее разнообразие опти ческих интерфейсов, использующих в транспортных сетях оптоволоконные кабельные системы связи, обусловлено развитием технологий передачи дан ных и внедрением новых компонен тов: перестраиваемых лазеров; опти ческих усилителей; компактных ком пенсаторов дисперсии; процессоров FEC и т.д. В качестве стандартов на оп тические интерфейсы применяются рекомендации ITU T и IEEE 802.3. Оп тические интерфейсы можно разде лить на три группы (см. рис. 2): 1. Одноканальные – обеспечивающие передачу данных только на одной оптической частоте (G.955, G.957, G.691, G.693, IEEE 802.3 u,z); Доступ Беспроводной

Передача

Блокировка

Сервиспровайдер

FPGA Мультисервисная платформа предостав100G-400G ления Ethernet услуг (MSPP)

10 G

Фиксированный Мультисервисный узел доступа 10 G (MSAN)

Маршрутизатор

Приёмопередающий блок FPGA

10 G FPGA

FPGA Маршрутизатор/ 10 G коммутатор FPGA

Рис. 4. Схема связи FPGA с трансиверами в оптическом интерфейсе WWW.SOEL.RU

©СТА-ПРЕСС

ветствии со стандартом 10GBASE T обес печивается передача данных на расстоя ния от 55 до 100 м, но из за сложной об работки сигналов потребляется от 8 до 15 Вт на каждый порт. Если рассмотреть стандарт, в соответствии с которым обес печивается передача данных на расстоя ние порядка 30 м, то такое соединение будет потреблять не менее 4 Вт на каж дый порт. Применение стандартов со провождается высоким энергопотребле нием, существенным увеличением стои мости обслуживания соединений, а также вынуждает разработчиков умень шать плотность размещения портов на передних панелях интерфейсов. Напри мер, энергопотребление в диапазоне 8–15 Вт на каждый порт ограничивает плотность размещения портов до 8 штук (и менее) на той же площади, на которой можно разместить до 48 портов, приме няя стандарт 1000 BASE T или 1G соеди нение, но уже на базе оптоволокна. Сегодня разработчики используют медные линии связи для передачи сигна лов в основном на расстояния до 10 м. На расстояниях, превышающих 10 м, на пример для 10 гигабитных приложе ний, надо выбирать оптоволоконные системы связи [1–3]. Обусловлено это тем, что оптоволоконные системы связи имеют ряд существенных преимуществ не только перед системами с медным кабелем, но и перед системами, исполь зующими витую пару. К таким преиму ществам относятся: широкая полоса пропускания (несущая частота состав ляет 1014 Гц, что позволяет увеличить поток передаваемых данных по одному оптоволокну до нескольких терабит в секунду); малое затухание светового сиг нала в волокне (0,2–0,3 дБ на длине вол ны 1,55 мкм в расчёте на 1 км, что позво ляет строить линии протяжённостью до 100 км); высокая защита от помех (ди электрический материал, из которого изготавливается оптоволокно, делает его невосприимчивым к электромаг нитным помехам); недоступность для несанкционированного использования. В отличие от медных интерфейсов оптоволокно практически не имеет по терь. Так, несколько одномодовых оп товолокон (MMF) имеют потери 3 дБ/км и 1 дБ/км при длинах волн 850 нм и 1300 нм соответственно. Одномодовое волокно (SMF) имеет потери 0,4 дБ/км и 0,25 дБ/км при длинах волн 1300 нм и 1550 нм соответственно. Из за большо го ядра (50 мкм) MMF является менее до рогостоящим, чем SMF (9 мкм) и облада ет пропускной способностью 2 Гбит/с.

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ

Приёмник Данные выборки

Канал/BP Tx/PG

CTLE

PKG

ПРОС

FPGA с оптическим интерфейсом

Коэффициент битовых ошибок индикаторной выборки

DFE

ПРОС

Данные

Индикаторная выборка

ПРОС

ODI

Рис. 6. Блок схема FPGA с оптическими интерфейсами

Рис. 5. Расширенная технология трансивера за счёт FPGA

Host FPGA/ASIC/ASSP PISO

FIR

Оптический модуль Драйвер

PISO

SISO

Драйвер

CDR

Драйвер

Буфер

N to M

CDR

ПЕОС

FIR

CDR

ПРОС

M to N

Драйвер Driver

ПЕОС

CDR

Буфер

SISO

FIR

CDR

Буфер

FIR

CDR

ПРОС

2. Многоканальные – обеспечивающие передачу на двух и более оптичес ких частотах одновременно (G.692, G.694.1, G.694.2, G.695, G.696.1, G.696.2, G.698.1, G.698.2, G.959.1, G.959.2); 3. Оптические интерфейсы пассивных оптических сетей (PON), поддержи вающие передачу оптических сиг налов на одной, двух, трёх и более оптических частотах (G.983, G.984, G.985, IEEE 802.3ah). При передаче данных актуальным яв ляется снижение временной задержки их передачи в сетевых устройствах с вы сокой пропускной способностью и свя занных с ними приложениях, например для смартфонов, планшетов, телевиде ния высокой чёткости, компьютеров. Сетевые устройства включают серверы, маршрутизаторы, коммутаторы, систе мы хранения данных, рейды переклю чатели, глобальные сети, оптические пе реключатели передающих систем. Для высокоскоростной передачи данных

применяются каналы, обеспечивающие связь со скоростью порядка 10 Гб/с, так называемые 10G соединения. В каналах связи с высокой пропуск ной способностью (100 GbE) на осно ве оптических соединений при пере даче данных в компьютеры центров обработки начинают использоваться программируемые логические интег ральные схемы (FPGA). Фирмой Altera путём интеграции FPGA с лазерной техникой разработан оптический ин терфейс Optical FPGA (см. рис. 3), пре одолевающий ограничения медных соединений и обеспечивающий повы шение пропускной способности, сни жение сложности, энергопотребления и стоимости устройства [4]. Реализация технологии Optical FPGA базируется на интеграции ПЛИС в одном корпусе с оптическими трансиверами и позволяет преодолеть ограничения, свойственные не только медным, но и традиционным оптическим технологи

Таблица. FPGA с интегрированными трансиверами Устройство Stratix V GT (28 нм) Stratix V GX (28 нм) Stratix IV GT (40 нм) Stratix IV GX (40 нм)

Максимальное количество каналов 36 66 48 48

Скорость передачи данных (Гбит/с) 28,05 14,1 11,3 8,5 WWW.SOEL.RU

Наличие оптического модуля Есть Есть Есть Есть

ям. Интеграция FPGA с оптическим ин терфейсом до минимума сокращает путь передачи данных от трансивера до про граммируемой логической интеграль ной схемы, увеличивает пропускную способность соединений, уменьшает сте пень сложности, энергопотребление и стоимость. В результате уменьшается деградация данных и джиттер, повыша ется целостность данных, снижается уро вень ошибок, вызванных паразитными элементами в тракте передачи данных. Такая интеграция сокращает время раз работки устройства и расходы. Система работает с трафиком 100 GbE, состоящим из пакетов разного размера. Коэффици ент ошибок при передаче данных в крис талл и из кристалла не превышает 10–12. К достоинствам интеграции следует от нести наличие средств мониторинга температуры модуля и тока смещения ла зера, что позволяет обнаруживать откло нения и предотвращать потерю соеди нения. Это особенно важно для вычис лительных центров, где сбой в работе приложения может привести к сущест венным финансовым потерям. Следует отметить наличие хорошего теплоотво да от FPGA с интегрированными опти ческими модулями, который позволяет обеспечить работу оптических компо СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

©СТА-ПРЕСС

Рис. 7. Замена чип модуля FPGA с оптическим интерфейсом

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ

ПРОС xN FPGA с оптическим интерфейсом ПРОС xN

FPGA с оптическим интерфейсом Оптоволокно Плата коммутатора-маршрутизатора

ПРОС xN 100 м

FPGA с оптическим интерфейсом

SAN

ПРОС xN

Маршрутизатор

Коммутатор локальной сети

Рис. 8. Оптические приложения FPGA

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

Серверы Коммутатор сетей хранения данных

Рис. 9. FPGA с оптическими интерфейсами для центра обработки данных ный сигнал поступает на вывод коннек тора и далее в электрический порт. При разработке устройств можно за менить чип модуль системы на FPGA с оп тическим интерфейсом, что позволит уменьшить энергозатраты, сократить рас ходы, а также увеличить плотность портов (см. рис. 7). Приложение, включающее оп тический интерфейс для FPGA, показано на рисунке 8. FPGA с оптическим интер фейсом можно использовать не только в оптических платах, но и при передаче данных от платы к плате, от стойки к стой ке, от системы к системе на расстояниях от 0,3 м до 100 м и скорости 10 Гбит/c. Пример использования FPGA с опти ческим интерфейсом в центре обра ботки данных приведён на рисунке 9. На нём представлена корпоратив ная сеть, включающая коммутаторы, маршрутизаторы, серверы, дисковые массивы, системы хранения данных (серверы услуг, базы данных).

FPGA с оптическим интерфейсом могут быть использованы для переда чи данных в телекоммуникационных системах, в военных сетях, в центрах обработки данных, а также в контроль но измерительных и медицинских устройствах. Эта технология позволяет обеспечить энергоэффективную рабо ту систем на требуемых расстояниях с максимальной плотностью передавае мых данных, заданным форм факто ром и с наименьшими перекрёстными помехами.

ЛИТЕРАТУРА 1. Фокин В.Г. Оптические системы передачи и транспортные сети. – М. : Эко Трендз, 2008. 2. Фриман Р. Волоконно оптические сети. 3 е издание. – М. : Техносфера, 2007. 3. Никульский И.Е. Оптические интерфейсы цифровых коммутационных станций и сети доступа. – М. : Техносфера, 2006. 4. www.altera.com.

WWW.SOEL.RU

©СТА-ПРЕСС

нентов в допустимом диапазоне темпе ратур – от 0 до +70°C. В оптическом интерфейсе рекомен дуется использовать обладающую низ ким джиттером FPGA Stratix V GT на 28 нм с трансиверами (см. табл.) для управления оптическими модулями со встроенной электронной компенсаци ей дисперсии (EDC) на основе фазо вой автоподстройки частоты (PLL). Схема связи FPGA с трансиверами для передачи данных с помощью оптичес кого интерфейса приведена на рисунке 4. Расширенная технология трансивера за счёт свойств FPGA обеспечивает электри ческую функциональность передачи и приёма данных до 28 Гбит. Передатчик (TX) обладает низким джиттером, дости гающим 300 фс на 28 Гб, за счёт исполь зования LC генератора (см. рис. 5). В при ёмнике (RX) обеспечивается 20 дБ усиле ния переменного тока с регулируемой пиковой частотой и автоматическим подбором коэффициентов усиления. Используемый трансивер обладает полосой пропускания несколько сотен МГц, дрожание глазковой диаграммы более 40 дБ/декада. Встроенные инди каторы дефектов на выходе устройст ва определяют коэффициент ошибок при передаче данных в контуре и пока зывают глазковую диаграмму. На рисунке 6 показана блок схема FPGA с оптическими интерфейсами, обеспечивающая непосредственную передачу и приём оптического сигна ла без необходимости использования дискретного оптического модуля. Дуплексный режим передачи данных реализуется размещением на концах сис темы передающих (ПЕОС) и принима ющих (ПРОС) оптических компонентов, которыми управляет FPGA. При необхо димости дуплексный режим может быть отключён. В этом случае передача дан ных будет осуществляться только в од ном направлении. Когда электрический сигнал поступает через порт на соответ ствующие выводы электрического кон нектора, он преобразовывается драйве ром лазера и электронно оптическим преобразователем ПЕОС в оптический сигнал. Этот сигнал передаётся по опто волокну к ПРОС, где преобразуется об ратно в электрический сигнал. Получен

ВОПРОСЫ ТЕОРИИ

Ресурсные испытания мощных GaN транзисторов на подложке SiC (при высокой температуре и большой мощности СВЧ)

Поскольку технология мощных GaN приборов развивается и получает признание на мировом рынке, поставщики изделий просто обязаны подтвердить её надёжность. Эта статья посвящена подходам к испытаниям, используемым для установления частоты отказов в условиях высоких температур (HTOL) на постоянном токе (DC HTOL) и в режиме усиления СВЧ сигнала (RF HTOL). Основное внимание уделено методу испытаний RF HTOL, который использует компания M/A COM Technology Solutions для аттестации своей новой линейки MAGX дискретных мощных GaN транзисторов на карбиде кремния. Обсуждаются результаты сравнения надёжности GaN и кремниевых полупроводниковых технологий.

Очевидно, что полупроводниковые приборы из нитрида галлия на карби де кремния, предназначенные для уси ления мощности на высоких частотах, быстро завоёвывают признание в ра диочастотной и микроволновой про мышленности. Обещание технологии обеспечить высокую плотность энер гии и высокие значения КПД, а также работу в большой относительной по лосе пропускания при поддержании более высокой температуры проводя щего канала по сравнению с предыду щими полупроводниковыми техноло гиями, наконец становится явью. Все технологии проходят через еди ный процесс становления: внедрение, принятие большинством и, наконец, утверждение в качестве основной тех нологии, взамен устаревшей. Однако прежде чем любая новая технология будет полностью принята, должна быть подтверждена её надёжность. Кроме то го, современная рыночная среда тре

Рис. 1. HEMT транзистор с продолжительной выходной мощностью 30 Вт

бует значительного сокращения цик ла проектирования и производства из делия при сохранении стабильности параметров и высокой надёжности. Производители полупроводниковых приборов мирового класса это пони мают, поэтому регулярно подвергают свои новые разработки обширным ис пытаниям на надёжность и разбраков ку по качественным показателям. Группа RF Power Products компании M/A COM Tech.Solutions имеет колос сальный опыт создания и внедрения мощных, высокочастотных и микро волновых устройств высокого качества для гражданских и военных примене ний. История компании начинается с 1970 года. За этот период M/A COM Tech.Solutions разработала большое ко личество систем: начиная от диапазона УВЧ до S диапазона для военной и ком мерческой связи, первичных и вторич ных радиолокаторов для систем управ ления воздушным движением, авиаци онных и спутниковых каналов связи, промышленных и медицинских сис тем, многие из которых используются и по сей день. Все изделия, устанавлива емые в эти системы, требуют строгой проверки на надёжность и/или разбра ковку по этому параметру, так как это является важным компонентом про гнозирования общего ресурса для всех критически важных систем высокой надёжности. В результате компания M/A COM Tech.Solutions обладает бога WWW.SOEL.RU

тым опытом в проектировании и тести ровании компонентов со временем эксплуатации более 30 лет. Недавно специалисты компании представили новую линейку мощных высокочастотных GaN транзисторов с шириной затвора 0,5 мкм. Все разрабо танные приборы подверглись исчер пывающим испытаниям на качество и надёжность. Для аттестации линейки MAGX был выбран 30 Вт транзистор без внутреннего согласования импеданса (см. рис. 1). Этот прибор значительно больше тех, что производители обычно выбирают для сертификации и испы таний на надёжность. Однако меньшие конфигурации ячеек кристалла, поряд ка нескольких десятых долей милли метра, являются стандартными. Ис пользование большего по размеру и мощности прибора обусловлено жела нием компании не просто показать «кристалл» устройства, а представить дизайн именно того изделия, которое предлагается на рынке. Полупроводник представляет собой HEMT транзистор с 6 мм затвором. Прибор смонтирован в керамическом корпусе с использованием золото оло вянного эвтектического припоя. Со единения между корпусом и устройст вом выполнены стандартной 2 мил (50 мкм) золотой проволокой. Квалификационные испытания бы ли разбиты на два основных раздела: 1. Тестирование корпусированных из делий, которые состояли из разбра ковки на группы A, B и C по стандар ту MIL PRF 19500; 2. Испытания при большой мощности и высокой температуре, предназна ченные для проверки надёжности самих полупроводниковых нитрид галлиевых кристаллов. Каждый этап отбраковочных испы таний проводился на отдельных груп пах изделий. В таблице 1 перечисле ны все проведённые испытания. Было изготовлено значительное ко личество транзисторов из нескольких СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

©СТА-ПРЕСС

Брайан Барр, Дэн Буркхард, M/A COM Technology Solutions RF Power Products Group (США) Перевод Андрея Данилова

ВОПРОСЫ ТЕОРИИ

пластин и партий пластин. Группа 2 (см. табл. 1) была подвергнута разбра ковке, включающей внутренний ви зуальный, ультразвуковой осмотр крепления кристалла (для исключения полостей в креплении, имеющих су щественное значение), и проверку ра ботоспособности на постоянном токе и СВЧ сигнале. Выборка 5 изделий из этой группы была подвергнута ИК ска нированию с помощью системы Quan tum Focus Infrascope II с целью опреде ления параметров теплового импедан са. Полученная информация была использована для расчёта температу ры канала TCH испытуемого транзис тора в системе термотренировки: TCH = PDISS × (2,932 + 0,01973 × × TSURFACE) + TSURFACE, где PDISS = (Pdc – Pout + Pin) – рассеивае мая мощность, Pdc – мощность на по стоянном токе, Pin – входная мощ ность, Pout – выходная мощность; TSURFACE – температура на стадии нагре ва; Θjc = 2,932°C/Вт – тепловое сопро тивление переход корпус. В общей сложности 18 приборов, включая 5, прошедших ИК сканирова

Таблица 1. Список всех проведённых испытаний Группа 1 Разбраковка корпусированных изделий согласно MIL PRF 19500

Группа 2 Эксплуатационный ресурс при высокой температуре и СВЧ сигнале

Внутренний визуальный контроль Испытания на постоянном токе и СВЧ сигнале Способность к пайке Стойкость к растворителям Термоциклирование Герметичный спай (сильное натекание) Прочность соединения Прочность вывода Влагостойкость Одиночные удары Вибрация Постоянное ускорение Солевая атмосфера Термотренировка (прерывистый ресурс)

Внутренний визуальный контроль Ультразвуковой контроль крепления Испытания на постоянном токе и СВЧ сигнале ИК сканирование Герметизация Герметичный спай (сильное натекание) RF HTOL

Таблица 2. Результаты испытаний для определения срединного ресурса, основанные на критерии 1 дБ падения выходной мощности Параметр

Ресурс, ч

Температура проводящего канала TCH, °С

ML (Т50)

529

320

ML (Т50)

1,5 × 103

305

ML (Т50)

3,7 × 103

290*

MTTF (среднее время безотказной работы)

5,3 × 106

200

* Примечание: данные для температуры 290°С получены методом экстраполяции

ние, были затем отобраны для испы таний RF HTOL. Напряжение стока бы ло установлено 50 В, напряжение на затворе было отрегулировано таким образом, чтобы установить ток покоя 250 мА. На вход прибора была подана

продолжительная мощность 2,5 Вт на частоте 3 ГГц. Во время испытаний напряжения стока и затвора поддер живались постоянными. Три группы приборов работали при постоянных температурах 290, 305 и 320°C соответ

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

WWW.SOEL.RU

©СТА-ПРЕСС

Падение выходной мощности, дБ

–1

–2 0

100

200

CH11 _20110804_CH09

300

Ch9 _20110804_CH10

400

_20110701_CH10 _20110804_CH11

500 Время наработки, ч _20110701_CH12 _20110804_CH12

Рис. 2. График зависимости выходной мощности от времени наработки при температуре канала 320°C

Падение выходной мощности, дБ

–1

–2 0

0,2

0,4

_20111110_CH1 _20111110_CH2

0,6

_20111110_CH4 _20111110_CH6

0,8 _201123_CH3

1 1,2 Время наработки, × 103 ч

Рис. 3. График зависимости выходной мощности от времени наработки при температуре канала 305°C

Падение выходной мощности, дБ

–1

–2 0

0,2 290С_СH02 290С_СH03

0,4

0,6 290С_СH04 290С_СH06

0,8

290С_СH08 Edited

1,2

1,4 1,6 Время наработки, × 103 ч

Рис. 4. График зависимости выходной мощности от времени наработки при температуре канала 290°C ственно. Совокупное время сбора ин формации в ходе испытаний состави ло более 16 000 ч. При самой низкой температуре все изделия отдельно про работали более чем 1600 ч. Через равные промежутки времени воздействие высокой температуры приостанавливали и проводили серию измерений параметров в режимах по коя и усиления СВЧ сигнала при тем пературе 60°С для каждого испытуемо

го изделия. Целью этих испытаний бы ла проверка скорости деградации ха рактеристик на высоких температурах и её влияния на качественные показа тели изделий при работе в нормаль ных условиях. Критерий отказа был определён как 1 дБ падение выходной мощности тес тируемого устройства или как сниже ние на 20% тока покоя во время испыта ния. Любое из этих событий за время WWW.SOEL.RU

испытаний считалось бы отказом. В хо де испытаний стало ясно, что 1 дБ паде ние выходной мощности происходит раньше, чем снижение тока стока. По этой причине оно было определено главным критерием отказа. Для изде лий, которые не достигли данного кри терия за время испытания, время нара ботки на отказ определялось методом экстраполяции из полученной кривой. В каждом конкретном случае был до ступен достаточный объём данных, что бы выявить хорошую зависимость для экстраполяции. В результате было рас считано срединное значение ресурса для каждой температуры (см. табл. 2). Как уже упоминалось, проведение ресурсных испытаний крупных изде лий подобного рода не является ти пичным, и существует очень мало об щедоступных данных по 3 темпе ратурным испытаниям надёжности таких GaN HEMT транзисторов. До на стоящего времени большинство ре сурсных испытаний проводились с из мерением нескольких температурных характеристик на постоянном токе без приложения СВЧ сигнала. Таким обра зом, трудно сравнивать полученные результаты с результатами других про изводителей. Однако можно сравнить прогнозируемый ресурс с тем, что был заявлен для ограниченных энергий ак тивации (Ea). Кроме того, эти испыта ния являются одними из немногих из вестных исследований, где использу ется значение теплового импеданса, полученное с помощью ИК сканиро вания в режиме усиления СВЧ сигнала. Важно отметить, что полученные ре зультаты точно отображают значение температуры канала при точных на стройках повышенной температуры. Данная программа испытаний, как по лагают, более точно и строго предска зывает срединный ресурс, чем любая известная ранее, для изделий такого размера и уровня мощности. Графики снижения выходной мощ ности СВЧ (см. рис. 2–4) демонстриру ют общую тенденцию, где присутству ет первоначальное падение качествен ных показателей в течение первых 100–200 ч. Впоследствии уровни пара метров показывают значительно мень шую деградацию с течением времени. Это может указывать на наличие двух различных механизмов внутри изде лия, которые приводят к снижению па раметров. Промежуточные результаты измерений параметров при 60°C, сде ланные через регулярные промежутки СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

©СТА-ПРЕСС

ВОПРОСЫ ТЕОРИИ

100000

Время нааботки, ч

100000000

Ресурс ML (T50), ч

10000000

10000

1000000 100000

1000

10000 1000

100 100 0

0 0,2 290С

2 305С

320С

98 99,8 99,99 Совокупные отказы, %

делий GaN HEMT компании M/A COM Tech.Solutions. Следующий и очень важный шаг – подвергнуть изделия, прошедшие испытания RF HTOL, де тальному изучению и анализу, чтобы попытаться определить в полупровод нике конкретные причины отказов приборов. В кремниевых полупровод никовых приборах большой мощнос ти основной и общепринятой причи ной отказа, хотя и не обязательно единственной, является миграция ме талла. Энергия активации Ea ≈ 1, в соче тании с уравнениями Блэка (Black) для

миграции металлов, была использова на для прогнозирования среднего вре мени безотказной работы кремниевых биполярных транзисторов производ ства M/A COM Tech.Solutions. Испытания, описанные в этой статье, предоставляют данные, под тверждающие долговременную на дёжность изделий M/A COM Tech.So lutions, произведённых по техноло гии GaN на подложке из карбида кремния и работающих при номи нальном смещении при компрессии СВЧ сигнала.

Полученные результаты считаются применимыми ко всему семейству из

200 1/температура, °С

Рис. 6. График Аррениуса по трём значениям температуры для экстраполяции ресурса

Рис. 5. Логарифмически нормальное совокупное распределение отказов времени в течение всего срока ресурс ных испытаний, согласуются с рисун ками 2–4. На рисунке 5 представлен график логарифмически нормального совокупного распределения отказов. Соответствующий график Аррениуса по трём значениям температуры, ис пользованный для экстраполяции сни жения рабочей температуры, приве дён на рисунке 6. По этим данным бы ла рассчитана энергия активации, равная Ea = 1,77.

250 Ea = 1,77

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

WWW.SOEL.RU

©СТА-ПРЕСС

СОБЫТИЯ

В апреле 2013 года состоялся совместный семинар двух ведущих игроков на рынке измерительного оборудования – компаний Tektronix и Fluke. Специалисты обоих производителей подготовили серию анонсов по новым решениям.

НОВАЯ БЕСПРОВОДНАЯ СИСТЕМА УПРОЩАЕТ ПОИСК И УСТРАНЕНИЕ НЕИСПРАВНОСТЕЙ Корпорация Fluke представила бес проводную систему Fluke CNX, первый инструмент для испытаний, способ ный осуществлять беспроводную связь с несколькими измерительными бло ками и одновременно пересылать по казания на главное устройство на рас стоянии до 20 метров, что позволяет пользователям быстро и эффективно обнаруживать и устранять неисправ ности. Надёжный персонализирован ный набор инструментов даёт возмож ность выбирать различные измери тельные блоки в зависимости от конкретного сценария поиска и устра нения неисправностей. Основой бес проводной системы Fluke CNX являет ся мультиметр CAT III 1000 В / CAT IV 600 В с экраном, на который выводят ся собственные показания этого при бора одновременно с показаниями в реальном времени от трёх других уст ройств. Для более тщательного выпол нения процедуры поиска и устранения неисправностей пользователи могут получать показания в реальном време ни от 10 устройств одновременно, ко торые будут выводиться на ПК, осна щённом адаптером CNX PC. Модули, включающие устройства из мерения напряжения переменного то ка, переменного тока с помощью гиб ких датчиков тока iFlex, переменного тока с помощью клещей и температу ры с помощью термопары типа K, мо гут производить измерения в реальном времени и регистрировать до 65 тысяч пакетов данных. Зарегистрированные данные могут быть сохранены на ПК в формате .csv. Система Fluke CNX позво ляет пользователям размещать эти бло ки в опасных или труднодоступных местах, а затем производить считыва ние показаний на безопасном рассто янии. Например, технический специа

лист может обесточить щит, подклю чить к нему блоки измерения напря жения и силы тока на всех трёх фазах, закрыть щит и подключить его к сети, затем проводить считывание показа ний за пределами зоны возникнове ния дугового разряда. Посредством использования наибо лее распространённого электроизме рительного инструмента – мультимет ра, система Fluke CNX даёт возмож ность техническим специалистам расширить имеющиеся возможности и умения. Она помогает пользователям проводить более сложные работы в трёхфазной сети, не прибегая к повтор ному обучению использованию более сложных инструментов. Беспроводная система Fluke CNX (модели серии 3000) доступна для заказа уже сейчас.

TEKTRONIX ВЫХОДИТ НА НОВЫЙ РЫНОК С ПРЕЦИЗИОННЫМ МНОГОФАЗНЫМ АНАЛИЗАТОРОМ СИЛОВЫХ ЦЕПЕЙ Для упрощения операции компания заключила соглашение о передаче тех нологии. Оно охватывает интеллекту альную собственность на анализаторы силовых цепей, патенты и схемы изде лий её партнёра Voltech. Эта компания прекратит выпуск анализаторов сило вых цепей с 30 сентября 2013 года. Tek tronix и Voltech договорились о сотруд ничестве, чтобы обеспечить гладкий переход для нынешних заказчиков. Компания Voltech сосредоточится на совершенствовании тестеров транс форматоров и будет по прежнему пре доставлять услуги ремонта и поддержки всех фирменных приборов в течение ещё многих лет. Поддержка покупате лей новых анализаторов силовых це пей Tektronix будет осуществляться че рез сертифицированную сервисную службу компании. Кроме того, заказчи ки получают преимущества от широ кой торговой сети и сети обслужива ния и поддержки компании Tektronix. WWW.SOEL.RU

9 апреля 2013 г. Tektronix начала вы пуск нового прецизионного многофаз ного анализатора силовых цепей. Явля ясь прибором, использующим техноло гию спирального шунта (подана заявка на патент), новый анализатор силовых цепей PA4000 позволяет разработчикам силовых электронных устройств выпол нять стабильные, прецизионные изме рения тока даже для сильно искажённой формы питающего напряжения, свой ственной многим приложениям. PA4000 завершает линейку приборов компании на основе осциллографов для измере ния параметров силовых устройств. Он обладает характеристиками, необходи мыми для проверки на соответствие со временным и будущим стандартам. Такие анализаторы силовых цепей, как PA4000, используются инженерами для разработки, тестирования и при ёмочных испытаний силовых электрон ных устройств, и в первую очередь – многофазных систем питания. Основ ные сферы применения включают: электроприводы, системы резервиро вания питания, преобразователи для альтернативных источников энергии и высокоэффективное освещение. Эти устройства в соответствии с норматив ными документами и требованиями за казчика должны обладать высоким КПД, минимальным уровнем гармони ческих искажений и другими показа телями высокого качества электро энергии. PA4000 обладает согласован ными входами, широким диапазоном входных параметров и расширенными возможностями обработки сигналов, обеспечивающими высокую точность и стабильность во всех задачах. Анализатор PA4000 использует два «спиральных шунта» в каждом канале – один для прецизионного измерения ма лых токов до 1 А, и второй для измере ния больших токов до 30 А. В дополне ние к этим шунтам прибор использует быстрые алгоритмы обработки сигна лов, что позволяет PA4000 точно отсле живать периоды напряжения, даже при наличии переходных процессов и шу мов. Для экономии времени и предотв ращения ошибок при настройке, PA4000 предлагает широкий набор специаль ных режимов измерения: измерение то ка покоя, измерение тока электроприво СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

©СТА-ПРЕСС

Дуэт Tektronix Fluke: информация «из первых рук»

СОБЫТИЯ

ПРЕЦИЗИОННЫЙ КАЛИБРАТОР ПЕТЛИ ТОКА FLUKE 709H Корпорация Fluke выпускает преци зионный калибратор петли тока Fluke 709H с поддержкой протокола HART в виде простого в работе устройства с дру жественным интерфейсом и функцией обмена данными по протоколу HART. Оно сокращает время на измерение или моделирование напряжения, тока или питания токовой петли. Благодаря точ ности 0,01% от измеряемой величины прибор Fluke 709H идеален для техноло гов, которым требуется прецизионный калибратор петли тока и эффективное устройство обмена данными по прото колу HART в одном компактном, проч ном и надёжном устройстве. Прибор поддерживает определенный набор универсальных и общепринятых команд HART. В режиме обмена данны ми оператор может считывать основ ную информацию об устройстве, вы полнять диагностику и подгонку калиб ровки на большинстве передатчиков с поддержкой протокола HART. Ранее это было возможно только при помощи специализированного коммуникатора, многофункционального калибратора высокого класса или ноутбука с моде мом HART. В приборе также имеется встроенный подключаемый резистор на 250 Ом для настройки петли для об мена данными по протоколу HART. У мо дели 709H и не поддерживающей обмен данными по протоколу HART модели 709 – интуитивный интерфейс со спе циальными кнопками, поворотная кнопка быстрой настройки Quick Set и простое двухпроводное подключе ние, обеспечивающее простоту и удоб ство измерений. Специальные кнопки 0–100 % и кнопки с шагом 25 % обеспе чивают скорость и простоту тестирова ния. Функции линейного и пошагового изменения позволяют операторам вы полнять тестирование дистанционно, находясь «в двух местах одновременно». Дополнительное программное обес печение 709H/TRACK с кабелем связи СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

позволяет регистрировать результаты измерения тока в миллиамперах, па раметры измерительных преобразова телей HART и загружать их на ПК.

СЛЕДУЮЩЕЕ ПОКОЛЕНИЕ ОСЦИЛЛОГРАФОВ Новое поколение высокопроизво дительных осциллографов, выпуск ко торых Tektronix планирует начать в 2014 году, будет обладать полосой про пускания реального времени 70 ГГц с су щественным потенциалом дальнейшего роста. Платформа осциллографов обес печит высокие характеристики и каче ство обработки сигнала, что необходи мо для оптических линий связи, работа ющих на скоростях 400 Гбит/с и 1 Тбит/с, и последовательных шин четвёртого по коления. Кроме того, объявлено об ин вестиционной программе, которая пре доставит заказчикам недорогой способ перехода на новую платформу. Одним из достижений, позволившим расши рить полосу пропускания и улучшить качество сигнала, является технология обработки сигнала, получившая назва ние «Асинхронного временно?го чере дования» (Asynchronous Time Interlea ving). Компания подала заявку на патен тование этой технологии. Кроме того, новая осциллографическая платформа реального времени будет включать це лый ряд других усовершенствований и обновлений, направленных на общее улучшение характеристик и точности измерений. Ограниченность частотного уплот нения заключается в способе объеди нения частотных диапазонов для вос становления конечной формы сигна ла, который приводит к увеличению шума. В традиционных системах с час тотным уплотнением каждый аналого цифровой преобразователь (АЦП) сис темы регистрации сигнала видит лишь часть входного спектра. В новой техно логии «Асинхронного временно?го че редования» компании все АЦП видят полный спектр сигнала, обеспечивая полную симметричность сигнального тракта. Это даёт прирост производи тельности, свойственный системам уплотнения, без потери качества сигна ла. В последнее десятилетие компания обеспечивает устойчивое расширение полосы пропускания осциллографов в соответствии с ростом требований вновь принимаемых стандартов после довательных шин и активно участвует в работе таких организаций, как Сооб щество IEEE, PCI SIG, SATA IO и USB IF. WWW.SOEL.RU

Интеллектуальная собственность в сочетании с возможностями Tektronix и Fluke в области инновационных тех нологий и проектирования расширит линейки приборов и удовлетворит потребности специалистов во всём ди апазоне решений.

ПОРТАТИВНЫЙ ОСЦИЛЛОГРАФ РАБОТАЕТ НА ЧАСТОТЕ 500 МГЦ ПРИ ЧАСТОТЕ ВЫБОРКИ 5 МЛРД В СЕКУНДУ Корпорация Fluke представила диа гностический инструмент – осцилло граф мультиметр Scope Meter Fluke 190 серии II 500 МГц – первый портатив ный, герметичный и защищённый ос циллограф, имеющий полосу пропус кания 500 МГц при частоте выборки 5 Гвыб/с в режиме реального времени, не в ущерб безопасности, защищённос ти и времени работы от элементов питания. Теперь у специалистов, выяв ляющих неисправности электронного оборудования, есть высокопроизводи тельный осциллограф с частотным ди апазоном и разрешением для регистра ции в полевых условиях практически любого сигнала. Двухканальная модель 190 502 – последняя в линейке 190 се рии II с частотным диапазоном 60, 100, 200, а теперь и 500 МГц. Сложные элек тронные компоненты в современном медицинском, коммуникационном, на вигационном и военном оборудовании обычно работают на высоких частотах, при которых необходим более высо кий рабочий частотный диапазон. Для верного отображения формы высоко частотного сигнала (например, такто вых импульсов) необходим частотный диапазон, минимум в пять раз превы шающий тактовую частоту проверяе мой системы. Частота выборки 5 Гвыб/с (или 200 пс) модели Fluke 190–502 обес печивает высокую точность и чёткость формы и амплитуды сигналов мало из вестных процессов, таких как переход ные процессы, наведённые, низкочас тотные или отражённые помехи. В за щищённых приборах 190 серии II ScopeMeter есть инновационные функ ции, такие как ScopeRecord, TrendPlot, современная синхронизация развёрт ки осциллографа и функции автома тических измерений – всё, что требу ется от современных осциллографов. Категория безопасности моделей 190 серии II, в соответствии со стандартом IEC 61010 – 1000 В CAT III/ 600 В CAT IV, позволяет выполнять измерения в диа пазоне от нескольких мВ до 1000 В.

©СТА-ПРЕСС

да или пускорегулирующего аппарата. Анализаторы обладают конкурентоспо собной ценой и среди многих функций, входящих в стандартную конфигура цию, предлагают интерфейсы LAN, USB и RS 232, а также возможность измере ния гармоник вплоть до сотой. Кроме того, в комплект поставки входит про граммное обеспечение для управления анализатором, передачей результатов измерений и регистрации их на ПК.

СОБЫТИЯ

Altium ведёт диалог с пользователями по российским стандартам ●

СОЗДАН ФОРУМ ДЛЯ ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ ИЗ РОССИИ И СТРАН СНГ Запущено новое интернет сообще ство для общения инженеров разра ботчиков электронных устройств и пользователей из России и стран СНГ. Российские специалисты те перь смогут воспользоваться пол ностью русифицированным сайтом http://www.altium ru.com. Кроме об щих сведений о предприятии и его продукции на сайте можно найти информацию о мероприятиях и обзор российских решений. Сайт поможет пользователям из России и СНГ получить техническую под держку: ● центр поддержки: пользователи мо гут задавать вопросы о продукции, отслеживать их статус и получать ответы от экспертов по Altium De signer; ● форум: это центр общения и помо щи по программе Altium Designer с активным участием экспертов; ● документация: большое количество информации, организованной по принципу википедии помогает но вичкам быстрее разобраться в про грамме и её функциях;

●

переход с P CAD: помощь пользова телям, переходящим с P CAD на Al tium Designer, включая примеры про ектов и пошаговые инструкции.

НОВАЯ ВЕРСИЯ БУДЕТ РАБОТАТЬ ПО ГОСТУ Запущено важное обновление ос новного продукта компании – про граммы Altium Designer 13.2. Новый вариант имеет возможности, позволя ющие пользователям лучше контро лировать данные при проектирова нии и системно видеть все жизненные этапы проекта. Это обновление не только упрощает работу с докумен тацией при проектировании схем и плат, но и позволяет лучше отслежи вать актуальную стоимость проекти руемого изделия. Для российских пользователей новая версия расширя ет возможности оформления докумен тации в соответствии со стандартами ГОСТ. Среди новых функций программы стоит отметить: ● Live Drill Table (таблица отверстий): это настраиваемая таблица, в реаль ном времени отображающая тип, размеры и количество отверстий на печатной плате;

WWW.SOEL.RU

●

PCB Design View (виды печатной платы): эта функция позволяет получить масштабируемый вид отдельных элементов печатной платы; ActiveBOM (активный список компонентов): эта функция пре вращает список компонентов из сводного, составляемого по ре зультатам проектирования, в жи вую активную часть процесса про ектирования, претерпевающую изменения одновременно со схе мами и платами. Что позволяет проектировать платы с заданной конечной стоимостью. При сов местном использовании с Altium Vault Server она позволяет отсле живать стоимость всех компонен тов, опираясь на данные о цепоч ке поставок, полученные от по ставщиков или из собственной базы данных; новый разделитель для цифровой нумерации многосекционных ком понентов в соответствии с ГОСТ; использование выражений в описа нии имён выходных файлов; пользовательская настройка раз мера и шрифта портов на листах схем.

НОВАЯ ПРОГРАММА ПОВЫСИТ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ПОДБОРА КОМПОНЕНТОВ На пресс конференции была представлена программа Altium Vault 1.1, обеспечивающая макси мальную эффективность проектиро

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

©СТА-ПРЕСС

23 мая 2013 года в Москве, в отеле Шератон Палас прошла пресс конференция топ менеджеров компании. В ходе пресс конференции руководители предприятия подтвердили свою стратегию активной экспансии на перспективные рынки России и стран СНГ. В рамках этого решения российским потребителям были представлены новые проекты.

СОБЫТИЯ

на складе предприятия или постав щика; ● улучшенный поиск: Vault обладает улучшенным интерфейсом поиска данных (поддерживается парамет рический поиск, усовершенствован ная фильтрация и группировка ре зультатов, поэтому пользователи могут просматривать устройства и сортировать данные проекта (схемы, платы и прочие файлы) по их харак теристикам); ● поддержка ActiveBOM: сочетание Vault с новым редактором ActiveBOM программы Altium Designer даёт раз работчикам возможность проанали зировать и проследить влияние це почки поставок электронных ком понентов на весь проект и сделать информированный выбор (благода ря этому компания может проекти ровать продукцию с определённой себестоимостью и быстрее вывести её на рынок). Обновлённая программа даёт следу ющие преимущества: ●

помогает избежать дорогостоящих доработок прототипов благодаря из начально правильному выбору ком

понентов, приемлемых для произ водства; ● экономит время и снижает количе ство ошибок, выпуская полный пе речень компонентов проекта (в виде спецификации и ведомости материалов) с информацией для их заказа; ● повышает производительность, по могая выбирать самые правильные компоненты и элементы проекта с помощью новых инструментов по иска и фильтрации. Обновление бесплатно для подпис чиков, купивших лицензию на Altium Vault Server. Для новых пользователей покупка свежей версии дает пять по стоянных клиентских лицензий (CAL) доступа к Vault Server, а также один год подписки с доступом к обновлениям и поддержке. Новые предложения Altium Limi ted – это следующий шаг навстречу российским пользователям. Компа ния создаёт поле для общения с заинтересованными специалиста ми и предоставляет им документа цию для того, чтобы вместе добиться успеха.

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

WWW.SOEL.RU

©СТА-ПРЕСС

вания. Она использует улучшенные инструменты и фильтры поиска, а также ведёт списки всех элементов проекта, позволяет легко переме щаться между компонентами, сни жает риск ошибок и дорогих пере делок. Vault Server является основой интел лектуальной системы управления дан ными в Altium Designer. Он даёт раз работчикам электронных устройств централизованную систему управле ния данными о проектах, работающую на корпоративном локальном (внут рисетевом) сервере и хранящую в себе всё – от отдельных компонентов до полных проектов. Ключевые функции Altium Vault 1.1: ● централизованное управление дан ными о цепи поставок: Altium Vault Server может быть соединён с внут ренней базой данных компании по электронным компонентам, давая разработчикам возможность уви деть цепочку поставки любого компонента. Такая связь позволя ет им выбирать из базы данных компоненты, точно зная их стои мость, применяемость и наличие

СОБЫТИЯ

SEMICON Russia 2013 вышла на новый уровень

Первой и важной частью програм мы SEMICON Russia стала Конферен ция по российскому рынку микроэлек троники, которая прошла 4 июня в префектуре Зеленоградского админи стративного округа. Вслед за ней, 5 ию ня в Экспоцентре на Красной Пресне прошла выставка SEMICON/SOLARCON Russia, ежегодно предлагающая специ алистам не только инновационную экспозицию, но и серию международ ных образовательных программ.

КОНФЕРЕНЦИЯ В ЗЕЛЕНОГРАДЕ В свете госпрограммы Министерства промышленности и торговли и планов Евросоюза по увеличению производ ства полупроводников, в этом году Конференция приобрела особую зна чимость для развития международного диалога в области микроэлектроники. Об этом также свидетельствует высо кий уровень государственной под держки и проведение Конференции в Зеленограде – столице российского полупроводникового кластера. «Нельзя отрицать, что за последние годы у нас произошёл существенный скачок в микроэлектронике. В первую очередь это связано с нашими успеха ми в Зеленограде», – заявил на откры тии Конференции Павел Куцько, замес титель директора департамента радио

электронной промышленности Мин промторга РФ. В числе спикеров Конференции: президент SEMI Europe Хайнц Кундерт, заместитель директора департамента радиоэлектронной промышленности Минпромторга РФ Павел Куцько, замес титель директора департамента науки, промышленной политики и предпри нимательства Правительства Москвы Михаил Ан, управляющий директор РОСНАНО Руслан Титов, управляющий директор ОЭЗ «Зеленоград» и класте ра Зеленоград Юрий Васильев, дирек тор практики технологических иссле дований Frost & Sullivan Анкит A. Шук ла, вице президент STMicroelectronics Алан Астье, старший советник ITRI International д р Беван Ву. В настоящее время и Россия, и Евро союз разрабатывают стратегии разви тия электронной промышленности. Согласно общему мнению спикеров Конференции, в этих условиях особен но необходимо инициировать совмест ные проекты российских и европей ских компаний. В этом направлении Конференция SEMICON Russia выпол няет свою важную роль – международ ной площадки для обмена опытом, по становки и обсуждения задач отрасли. При этом отечественная микроэлек троника должна сфокусироваться на приоритетных для России направле

WWW.SOEL.RU

ниях, таких как космос, авиация, во оружение, способных поддержать раз витие всей отрасли, и обеспечить базо вые потребности страны в таких сфе рах, как транспорт и информационная безопасность. Подробный материал об этом собы тии будет опубликован в следующем номере журнала «Современная элек троника».

ВЫСТАВКА SEMICON RUSSIA 2013 В этом году выставка SEMICON Russia выросла и собрала более 120 участников из 13 стран, включая ведущих междуна родных и региональных поставщиков оборудования, материалов и услуг для полупроводниковой промышленности. Всего в 2013 году выставку посетило бо лее 2200 специалистов. Впервые на SEMICON Russia была представлена коллективная экспози ция департамента науки, промышлен ной политики и предпринимательства Правительства Москвы, на открытии которой выступил руководитель де партамента Алексей Комиссаров, а так же директор департамента радиоэлек тронной промышленности Минпром торга РФ Александр Якунин. «Участие Правительства Москвы в выставке SEMICON Russia 2013 пред ставляет собой великолепную возмож ность найти новые подходы к взаимо действию с участниками делового обо рота в области микроэлектроники», – заявил Алексей Комиссаров. Большим интересом у специалистов пользовались образовательные про граммы: сессии по полупроводникам, MEMS, новым технологиям корпусиро вания, фотовольтаике, а также презен тации экспонентов на TechArena SEMI. По мнению большинства экспонен тов, SEMICON Russia в очередной раз продемонстрировала свою эффектив ность, помогая российским и зарубеж ным участникам встречаться, обмени ваться опытом и развивать долгосроч ное сотрудничество. В 2013 году SEMICON Russia укрепи ла свои позиции и заложила прочные основы для развития международного сотрудничества в области полупровод никовой промышленности.

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013

©СТА-ПРЕСС

С 4 по 6 июня в Москве состоялась главная российская выставка и конференция полупроводниковой промышленности и смежных отраслей – SEMICON Russia 2013.

©СТА-ПРЕСС

2013

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА